【題目】以氧化鋁為原料,通過碳熱還原法可合成氮化鋁(AlN);通過電解法可制取鋁.電解鋁時陽極產(chǎn)生的CO2可通過二氧化碳甲烷化再利用. 請回答:
(1)已知:2Al2O3(s)═4Al(g)+3O2(g)△H1=3351KJmol12C(s)+O2(g)═2CO(g)△H2=﹣221KJmol1
2Al(g)+N2(g)═2AlN(s)△H3=﹣318KJmol1
碳熱還原Al2O3合成AlN的總熱化學(xué)方程式是 , 該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件
(2)在常壓、Ru/TiO2催化下,CO2和H2混和氣體(體積比1:4,總物質(zhì)的量a mol)進(jìn)行反應(yīng),測得CO2轉(zhuǎn)化率、CH4和CO選擇性隨溫度變化情況分別如圖1和圖2所示(選擇性:轉(zhuǎn)化的CO2中生成CH4或CO的百分比). 反應(yīng)ⅠCO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)△H4
反應(yīng)ⅡCO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H5

①下列說法不正確的是
A.△H4小于零
B.溫度可影響產(chǎn)物的選擇性
C.CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高先增大后減少
D.其他條件不變,將CO2和H2的初始體積比改變?yōu)?:3,可提高CO2平衡轉(zhuǎn)化率
②350℃時,反應(yīng)Ⅰ在t1時刻達(dá)到平衡,平衡時容器體積為VL該溫度下反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)為(用a、V表示)
③350℃下CH4物質(zhì)的量隨時間的變化曲線如圖3所示.畫出400℃下0~t1時刻CH4物質(zhì)的量隨時間的變化曲線.

(3)據(jù)文獻(xiàn)報道,CO2可以在堿性水溶液中電解生成甲烷,生成甲烷的電極反應(yīng)式是

【答案】
(1)3C(s)+Al2O3(s)+N2(g)=2AlN(s)+3CO(g)△H=+2052KJ/mol/L;高溫
(2)CD;
(3)CO2+6H2O+8e═CH4+8OH
【解析】解:(1)①2Al2O3(s)═4Al(g)+3O2(g)△H1=3351KJmol1②2C(s)+O2(g)═2CO(g)△H2=﹣221KJmol1
③2Al(g)+N2(g)═2AlN(s)△H3=﹣318KJmol1
蓋斯定律計算,(①+②×3+③×2)× 得到,
碳熱還原Al2O3合成AlN的總熱化學(xué)方程式:3C(s)+Al2O3(s)+N2(g)=2AlN(s)+3CO(g)△H=+2052KJ/mol/L,反應(yīng)△S>0,△H>0,則滿足△H﹣T△S<0,反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是高溫條件下,
所以答案是:3C(s)+Al2O3(s)+N2(g)=2AlN(s)+3CO(g)△H=+2052KJ/mol/L;高溫;(2)①A.圖象中,二氧化碳先增大是反應(yīng)正向進(jìn)行,到一定溫度達(dá)到平衡狀態(tài),升溫平衡逆向進(jìn)行,二氧化碳轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小,平衡說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng),△H4小于零,故A正確;
B.圖象2分析可知,圖象變化趨勢隨溫度升高到400°C以上,CH4和CO選擇性受溫度影響甲烷減小,一氧化碳增大,溫度可影響產(chǎn)物的選擇性,故B正確;
C.二氧化碳轉(zhuǎn)化率先增大是反應(yīng)正向進(jìn)行未達(dá)到平衡狀態(tài),達(dá)到平衡狀態(tài),隨溫度升高二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小,故C錯誤;
D.CO2和H2混和氣體(體積比1:4,總物質(zhì)的量a mol)進(jìn)行反應(yīng),將CO2和H2的初始體積比改變?yōu)?:3,二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小,故D錯誤;
所以答案是:CD;
②在常壓、Ru/TiO2催化下,CO2和H2混和氣體(體積比1:4,總物質(zhì)的量a mol)進(jìn)行反應(yīng),350℃時,反應(yīng)Ⅰ在t1時刻達(dá)到平衡,平衡時容器體積為VL,二氧化碳轉(zhuǎn)化率為80%

CO2(g)+

4H2(g)

CH4(g)+

2H2O(g)

起始量(mol)

0.2a

0.8a

0

0

變化量(mol)

0.16a

0.64a

0.16a

0.32a

平衡量(mol)

0.04a

0.16a

0.16a

0.32a

平衡常數(shù)K= =
所以答案是: ;
③反應(yīng)為放熱反應(yīng),升溫平衡逆向進(jìn)行,二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小,圖中分析可知接近72.5%,甲烷物質(zhì)的量減小小于350°C時甲烷物質(zhì)的量,達(dá)到平衡所需要時間縮短

CO2(g)+

4H2(g)

CH4(g)+

2H2O(g)

起始量(mol)

0.2a

0.8a

0

0

變化量(mol)

0.145a

0.58a

0.145a

0.29a

平衡量(mol)

0.055a

0.22a

0.145a

0.29a

畫出圖象,達(dá)到平衡狀態(tài)甲烷 0.145a mol,升溫加快反應(yīng)速率,達(dá)到平衡所需時間縮短,得到圖象為
所以答案是: ;(3)CO2可以在堿性水溶液中電解生成甲烷,結(jié)合電荷守恒和原子守恒,用氫氧根離子濃度配平電荷守恒得到電極反應(yīng)為:CO2+6H2O+8e═CH4+8OH ,
所以答案是:CO2+6H2O+8e═CH4+8OH

練習(xí)冊系列答案
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【題目】根據(jù)題意填空
(1)寫出H2C2O4與KMnO4酸性溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式.
(2)若要測定此反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率,最方便的測定方法是測定;
基于此,在實驗時H2C2O4與KMnO4初始物質(zhì)的量需要滿足的關(guān)系為n(H2C2O4):n (KMnO4)≥
(3)為研究溫度、濃度對此反應(yīng)速率的影響,請完成以下表格

編號

0.1mol/L H2C2O4 溶液的體積/mL

0.01mol/L 酸性 KMnO4 的體積/mL

蒸餾水的體積/mL

溫度/℃

2

4

2

25

3

50

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【題目】下列各組儀器中可以用酒精燈直接加熱的一組是(
A.試管、蒸發(fā)皿
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A.30min時降低溫度,40min時充入生成物C
B.0~8min內(nèi)A的平均反應(yīng)速率為0.08mol/(Lmin)
C.反應(yīng)方程式中的x=1,正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)
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【題目】四種短周期主族元素W,X,Y,Z的原子序數(shù)依次增大,W,X的簡單離子具有相同電子層結(jié)構(gòu),X的原子半徑是短周期主族元素原子中最大的,W與Y同族,Z與X形成的離子化合物的水溶液呈中性.下列說法正確的是(
A.簡單離子半徑:W<X<Z
B.W與X形成的化合物溶于水后溶液呈堿性
C.氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性:W<Y
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請回答:
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(2)D+E→F的反應(yīng)類型是
(3)有機(jī)物A在高溫下轉(zhuǎn)化為B的化學(xué)方程式是
(4)下列說法正確的是
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【題目】圖示意鋁在氧氣中燃燒的實驗,鋁條點燃后,為維持燃燒繼續(xù),正確的操作是(
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C.將鋁條從瓶口位置慢慢伸向瓶底位置
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