Question

（17分）Na、Cu、Al、O、C、H是常见的六种元素。

（1）Al位于元素周期表第_____周期第_____族；Cu的基态原子价电子排布式为__________。

（2）用“＞”或“＜”填空：

第一电离能	离子半径	沸点
Na_______Al	O^2—_______Na+	CH4______H2O

（3）250℃时，以镍合金为催化剂，向4 L容器中通入6 mol CO2、6 mol CH4，发生如下反应：CO₂ (g)＋CH₄(g) 2CO(g)＋2H₂(g)。平衡体系中各组分体积分数如下表：

物  质	CH4	CO2	CO	H2
体积分数	0.1	0.1	0.4	0.4

①此温度下该反应的平衡常数K=__________

②已知：CH₄(g)＋2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g) △H=890.3 kJ·mol－1

CO(g)＋H₂O (g)＝CO₂(g)＋H₂ (g) △H=+2.8 kJ·mol^－1

2CO(g)＋O₂(g)＝2CO₂(g) △H=566.0 kJ·mol^－1

反应CO₂(g)＋CH₄(g)2CO(g)＋2H₂(g) 的△H=________________

（4）以二氧化钛表面覆盖Cu₂Al₂O₄为催化剂，可以将CO₂和CH₄直接转化成乙酸。

①在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如右图所示。250～300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是_____________________.

②为了提高该反应中CH₄的转化率，可以采取的措施是__________________

（5）利用高温电解技术可将释放的CO2转化为具有工业利用价值的产品。

反应方程式为：，其工作原理示意图如下：

CO₂在电极a放电的反应式是_______________________________

Answer

(17分)

（1）三（1分） ⅢA （1分） 3d104s1 （2分）

（2）< 、 > 、 < （各1分）

（3）①64 mol2•L-2 （单位不要求）（2分） ②+247.3 kJ·mol－1 （2分）

（4）①温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低（2分）

②增大反应压强或增大CO2的浓度（2分）

（5）CO2 + 2e- == CO+O2- （2分）

【解析】

试题分析：（1）Al位于元素周期表第三周期，第IIIA族；Cu的的基态原子价电子即外围电子排布式为3d104s1；

（2）Na的金属性比Al强，所以第一电离能NaNa+;水分之间可以形成氢键，甲烷不可以，所以甲烷的沸点<水的沸点；

（3）①根据CO2 (g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g)，及平衡时各气体的体积分数可知，设消耗二氧化碳的物质的量是xmol，则平衡时二氧化碳的物质的量是(6-x)mol，甲烷的物质的量也是（6-x）mol，生成CO、氢气的物质的量是2xmol，所以（6-x）/(6-x+6-x+2x+2x)=0.1，所以x=4，所以平衡时各气体的物质的量浓度二氧化碳、甲烷都是（6-4）/4mol/L=0.5mol/L，CO、氢气的浓度都是8/4mol/L=2mol/L，所以平衡常数K=(22mol/L×22mol/L)/(0.5mol/L×0.5mol/L)=64 mol2•L-2；

②根据盖斯定律，将已知热化学方程式中的氧气、水消去，得到CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g) 的△H=（890.3 kJ·mol－1）+2×（+2.8 kJ·mol－1）-2×（-566.0 kJ·mol－1）=+247.3 kJ·mol－1

（4）①温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低，所以乙酸的生成速率降低；

②为了提高该反应中CH4的转化率，可以增大压强，或增大二氧化碳的浓度，使反应向生成乙酸的方向进行，甲烷的转化率提高；

（5）电极a与电源负极相连，所以a是阴极，发生还原反应，所以二氧化碳转化为CO和O2-，电极反应式为CO2 + 2e- == CO+O2-。

考点：考查元素周期表的应用，元素性质的应用，平衡常数的计算，盖斯定律的应用，电极反应式的书写