Question

CO₂和CH₄是兩種重要的溫室氣體，通過CH₄和CO₂反應制造更高價值化學品是目前的研究目標．
（1）250℃時，以鎳合金為催化劑，向4L容器中通入6mol CO₂、6mol CH₄，發(fā)生如下反應：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．平衡體系中各組分體積分數(shù)如下表：

物質(zhì)	CH4	CO2	CO	H2
體積分數(shù)	0.1	0.1	0.4	0.4

①此溫度下該反應的平衡常數(shù)K=

 

．
②已知：
Ⅰ．CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁
Ⅱ．CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₂
Ⅲ．2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₃
反應CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）的△H=

 

（用△H₁△H₂△H₃表示）．
③對上述反應II：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-41kJ/mol，起始時在密閉容器中充入1.00mol CO和1.00mol H₂O，分別進行以下實驗，探究影響平衡的因素（其它條件相同且不考慮任何副反應的影響）．實驗條件如下表：
①實驗中c（CO₂）隨時間變化的關(guān)系如圖1，請在答題卡的框圖中，分別畫出實驗②和③中c（CO₂）隨時間變化關(guān)系的預期結(jié)果示意圖．

實驗編號	窗口體積/L	溫度/℃
①	1.0	1200
②	2.0	1200
③	2.0	1300

（2）以二氧化鈦表面覆蓋Cu₂Al₂O₄為催化劑，可以將CO₂和CH₄直接轉(zhuǎn)化成乙酸．
①在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖2所示．250～300℃時，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是

 

．
②為了提高該反應中CH₄的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是

 

．
（3）以甲醇為燃料的新型電池，其成本大大低于以氫為燃料的傳統(tǒng)燃料電池，目前得到廣泛的研究，圖3是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池工作原理示意圖．回答下列問題：
①B極的電極反應式為

 

．
②若用該燃料電池做電源，用石墨做電極電解硫酸銅溶液，當電路中轉(zhuǎn)移1mol e^-時，實際上消耗的甲醇的質(zhì)量比理論上大，可能原因是

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,熱化學方程式,化學電源新型電池,化學平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①先利用三段法求出各物質(zhì)的物質(zhì)的量，然后再根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積；
②根據(jù)蓋斯定律結(jié)合已知熱化學方程式來解答；
③實驗②與①相比溫度不變，體積增大，則壓強減小，速率減慢，平衡不移動；實驗③與②相比較壓強不變，溫度升高，速率加快，平衡正移；
（2）①根據(jù)溫度對催化劑活性的影響；
②根據(jù)外界條件對化學平衡的影響，平衡正向移動，反應物轉(zhuǎn)化率增大；
（3）①根據(jù)原電池原理，負極上甲醇失電子生成二氧化碳；
②根據(jù)電池中的能量轉(zhuǎn)化率分析．

解答： 解：（1）①CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．
起始（mol） 6        6        0       0
反應（mol） X        X        2X      2X
平衡（mol） 6-X     6-X       2X      2X
由CH₄的體積分數(shù)為0.1，則

6-X

12+2X

=0.1，解得X=4，所以K=

C2(CO)?C2(H2)

C (CO2)?C(CH4)

=

22×22

0.5×0.5

=64，
故答案為：64；
②Ⅰ．CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁
Ⅱ．CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₂
Ⅲ．2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₃
根據(jù)蓋斯定律，由I+II×2-III×2得，CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H=△H₁+2△H₂-2△H₃，
故答案為：△H₁+2△H₂-2△H₃；
③實驗②與①相比溫度不變，體積增大，則壓強減小，速率減慢，平衡不移動，體積增大一倍，濃度時原來的一半；實驗③與②相比較壓強不變，溫度升高，速率加快，平衡正移，二氧化碳的濃度增大，但小于實驗①的濃度，據(jù)此畫圖為：；
故答案為：；

（2）①溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低，所以溫度升高而乙酸的生成速率降低，
故答案：溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低；
②增大反應壓強、增大CO₂的濃度，平衡正向移動，反應物轉(zhuǎn)化率增大，
故答案為：增大反應壓強或增大CO₂的濃度；
（3）①根據(jù)原電池原理，負極上甲醇失電子生成二氧化碳，電極反應為：CH₃OH+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O，故答案為：CH₃OH+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O；
②原電池中發(fā)生反應時化學能不去全部轉(zhuǎn)化為電能，即電池能量轉(zhuǎn)化率達不到100%，所以實際上消耗的甲醇的質(zhì)量比理論上大；
故答案為：電池能量轉(zhuǎn)化率達不到100%．

點評：本題主要考查了蓋斯定律的應用、化學平衡常數(shù)、化學平衡移動以及原電池原理的運用，題目綜合性強，注意信息中提高的條件及圖象的分析是解答的關(guān)鍵，較好的考查學生綜合應用知識的能力，題目難度中等．