Question

Na、Cu、Al、O、C、H是常見(jiàn)的六種元素．
（1）Al位于元素周期表第

 

周期第

 

族；Cu的基態(tài)原子價(jià)電子排布式為

 

．
（2）用“＞”或“＜”填空：

第一電離能	離子半徑	沸點(diǎn)
Na   Al	O2-   Na+	CH4   H2O

（3）250℃時(shí)，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(yīng)：CO₂ （g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．平衡體系中各組分體積分?jǐn)?shù)如下表：

物  質(zhì)	CH4	CO2	CO	H2
體積分?jǐn)?shù)	0.1	0.1	0.4	0.4

①此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

②已知：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ?mol^-1
CO（g）+H₂O （g）=CO₂（g）+H₂ （g）△H=+2.8kJ?mol^-1
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
反應(yīng)CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g） 的△H=

 

（4）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1所示．250～300℃時(shí)，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(yīng)中CH4的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是

 

（5）利用高溫電解技術(shù)可將釋放的CO₂轉(zhuǎn)化為具有工業(yè)利用價(jià)值的產(chǎn)品．反應(yīng)方程式為：CO₂+H₂O

高溫  .

電解

CO+H₂+O₂，其工作原理示意圖如圖2：CO₂在電極a放電的反應(yīng)式是

 

Answer 1

考點(diǎn)：原子核外電子排布,元素電離能、電負(fù)性的含義及應(yīng)用,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,元素周期律與元素周期表專題,化學(xué)平衡專題

分析：（1）根據(jù)鋁的原子結(jié)構(gòu)示意圖判斷位置；根據(jù)Cu為全充滿和半從滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)書寫的基態(tài)原子價(jià)電子排布式；
（2）根據(jù)同周期第ⅢA族的第一電離能大于第ⅠA族判斷；根據(jù)電子層數(shù)和核電荷數(shù)判斷半徑；根據(jù)是否形成分子間氫鍵比較沸點(diǎn)；
（3）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(yīng)物的濃度冪之積；
②根據(jù)蓋斯定律來(lái)解答；
（4）①根據(jù)溫度對(duì)催化劑活性的影響；
②根據(jù)外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大；
（5）根據(jù)原電池原理，CO₂在正極發(fā)生還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CO．

解答： 解：（1）由鋁的原子結(jié)構(gòu)示意圖，則3層最外層為3個(gè)電子，則鋁在第三周期第ⅢA族；因?yàn)镃u為全充滿和半從滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則基態(tài)原子價(jià)電子排布式為3d¹⁰4s¹；
故答案為：三；ⅢA；3d¹⁰4s¹；
（2）同周期第ⅢA族的第一電離能大于第ⅠA族，則第一電離能Na＜Al；根據(jù)電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)越多半徑越小，則半徑為O^2-＞Na⁺；因?yàn)镠₂O形成分子間氫鍵，所以沸點(diǎn)CH₄ ＜H₂O；故答案為：＜；＞；＜；
（3）①CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．
起始（mol）   6         6        0       0
反應(yīng)（mol）   x         x        2x      2x
平衡（mol）  6-x      6-x        2x      2x
由CH₄的體積分?jǐn)?shù)為0.1，則

6-X

12+2X

=0.1，解得X=4，所以K=

c 2(CO)c 2(H 2)

c(CO 2)c(CH 4)

=

2 2×2 2

0.5×0.5

=64，
故答案為：64；    
②CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ?mol^-1    ①
  CO（g）+H₂O （g）=CO₂（g）+H₂ （g）△H=2.8kJ?mol^-1        ②
  2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1             ③
根據(jù)蓋斯定律，由①+②×2-③×2得，CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H=-890.3kJ?mol^-1+2.8kJ?mol^-1×2+566.0kJ?mol^-1×2=+247.3 kJ?mol^-1，
故答案為：+247.3 kJ?mol^-1；
（4）①溫度超過(guò)250℃時(shí)，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，故答案為：溫度超過(guò)250℃時(shí)，催化劑的催化效率降低；
②增大反應(yīng)壓強(qiáng)、增大CO₂的濃度，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大，故答案為：增大反應(yīng)壓強(qiáng)、增大CO₂的濃度；
③Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O?Al₂O₃，與酸反應(yīng)生成離子方程式：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O，
故答案為：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O；
（5）CO₂在正極發(fā)生還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CO，電極反應(yīng)為：CO₂+2e^-=CO+O^2-，故答案為：CO₂+2e^-=CO+O^2-．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了原子結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)以及化學(xué)反應(yīng)常數(shù)、化學(xué)平衡以及原電池原理的運(yùn)用，難度不大，根據(jù)所學(xué)知識(shí)即可完成．