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以氧化铝为原料,通过碳热还原法可合成氮化铝(AlN);通过电解法可制取铝.电解铝时阳极产生的CO2可通过二氧化碳甲烷化再利用.请回答:(1)已知:2Al2O3(s)═4Al(g)+3O2(g)△H1=33
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以氧化铝为原料,通过碳热还原法可合成氮化铝(AlN);通过电解法可制取铝.电解铝时阳极产生的CO2可通过二氧化碳甲烷化再利用.
请回答:
(1)已知:2Al2O3(s)═4Al(g)+3O2(g)△H1=3351KJ•mol-1
2C(s)+O2(g)═2CO(g)△H2=-221KJ•mol-1
2Al(g)+N2(g)═2AlN(s)△H3=-318KJ•mol-1
碳热还原Al2O3合成AlN的总热化学方程式是___,该反应自发进行的条件___.
(2)在常压、Ru/TiO2催化下,CO2和H2混和气体(体积比1:4,总物质的量a mol)进行反应,测得CO2转化率、CH4和CO选择性随温度变化情况分别如图1和图2所示(选择性:转化的CO2中生成CH4或CO的百分比).
反应ⅠCO2(g)+4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g)△H4
反应ⅡCO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)△H5
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①下列说法不正确的是___
A.△H4小于零
B.温度可影响产物的选择性
C.CO2平衡转化率随温度升高先增大后减少
D.其他条件不变,将CO2和H2的初始体积比改变为1:3,可提高CO2平衡转化率
②350℃时,反应Ⅰ在t1时刻达到平衡,平衡时容器体积为VL该温度下反应Ⅰ的平衡常数为___(用a、V表示)
③350℃下CH4物质的量随时间的变化曲线如图3所示.画出400℃下0~t1时刻CH4物质的量随时间的变化曲线.
(3)据文献报道,CO2可以在碱性水溶液中电解生成甲烷,生成甲烷的电极反应式是___.
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请回答:
(1)已知:2Al2O3(s)═4Al(g)+3O2(g)△H1=3351KJ•mol-1
2C(s)+O2(g)═2CO(g)△H2=-221KJ•mol-1
2Al(g)+N2(g)═2AlN(s)△H3=-318KJ•mol-1
碳热还原Al2O3合成AlN的总热化学方程式是___,该反应自发进行的条件___.
(2)在常压、Ru/TiO2催化下,CO2和H2混和气体(体积比1:4,总物质的量a mol)进行反应,测得CO2转化率、CH4和CO选择性随温度变化情况分别如图1和图2所示(选择性:转化的CO2中生成CH4或CO的百分比).
反应ⅠCO2(g)+4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g)△H4
反应ⅡCO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)△H5
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①下列说法不正确的是___
A.△H4小于零
B.温度可影响产物的选择性
C.CO2平衡转化率随温度升高先增大后减少
D.其他条件不变,将CO2和H2的初始体积比改变为1:3,可提高CO2平衡转化率
②350℃时,反应Ⅰ在t1时刻达到平衡,平衡时容器体积为VL该温度下反应Ⅰ的平衡常数为___(用a、V表示)
③350℃下CH4物质的量随时间的变化曲线如图3所示.画出400℃下0~t1时刻CH4物质的量随时间的变化曲线.
(3)据文献报道,CO2可以在碱性水溶液中电解生成甲烷,生成甲烷的电极反应式是___.
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▼优质解答
答案和解析
(1)①2Al2O3(s)═4Al(g)+3O2(g)△H1=3351KJ•mol-1
②2C(s)+O2(g)═2CO(g)△H2=-221KJ•mol-1
③2Al(g)+N2(g)═2AlN(s)△H3=-318KJ•mol-1
盖斯定律计算,(①+②×3+③×2)×
得到,
碳热还原Al2O3合成AlN的总热化学方程式:3C(s)+Al2O3(s)+N2(g)=2AlN(s)+3CO(g)△H=+2052KJ/mol/L,反应△S>0,△H>0,则满足△H-T△S<0,反应自发进行的条件是高温条件下,
故答案为:3C(s)+Al2O3(s)+N2(g)=2AlN(s)+3CO(g)△H=+2052KJ/mol/L;高温;
(2)①A.图象中,二氧化碳先增大是反应正向进行,到一定温度达到平衡状态,升温平衡逆向进行,二氧化碳转化率随温度升高减小,平衡说明正反应为放热反应,△H4小于零,故A正确;
B.图象2分析可知,图象变化趋势随温度升高到400°C以上,CH4和CO选择性受温度影响甲烷减小,一氧化碳增大,温度可影响产物的选择性,故B正确;
C.二氧化碳转化率先增大是反应正向进行未达到平衡状态,达到平衡状态,随温度升高二氧化碳转化率减小,故C错误;
D.CO2和H2混和气体(体积比1:4,总物质的量a mol)进行反应,将CO2和H2的初始体积比改变为1:3,二氧化碳转化率减小,故D错误;
故答案为:CD;
②在常压、Ru/TiO2催化下,CO2和H2混和气体(体积比1:4,总物质的量a mol)进行反应,350℃时,反应Ⅰ在t1时刻达到平衡,平衡时容器体积为VL,二氧化碳转化率为80% CO2(g)+4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g)
起始量(mol) 0.2a 0.8a 0 0
变化量(mol) 0.16a 0.64a 0.16a 0.32a
平衡量(mol) 0.04a 0.16a 0.16a 0.32a
平衡常数K=
=
,
故答案为:
;
③反应为放热反应,升温平衡逆向进行,二氧化碳转化率减小,图中分析可知接近72.5%,甲烷物质的量减小小于350°C时甲烷物质的量,达到平衡所需要时间缩短
CO2(g)+4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g)
起始量(mol) 0.2a 0.8a 0 0
变化量(mol) 0.145a 0.58 a 0.145a 0.29a
平衡量(mol) 0.055 0.22a 0.145a 0.29a
画出图象,达到平衡状态甲烷 0.145a mol,升温加快反应速率,达到平衡所需时间缩短,得到图象为
,
故答案为:
;
(3)CO2可以在碱性水溶液中电解生成甲烷,结合电荷守恒和原子守恒,用氢氧根离子浓度配平电荷守恒得到电极反应为:CO2+6H2O+8e-═CH4+8OH-,
故答案为:CO2+6H2O+8e-═CH4+8OH-.
②2C(s)+O2(g)═2CO(g)△H2=-221KJ•mol-1
③2Al(g)+N2(g)═2AlN(s)△H3=-318KJ•mol-1
盖斯定律计算,(①+②×3+③×2)×
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碳热还原Al2O3合成AlN的总热化学方程式:3C(s)+Al2O3(s)+N2(g)=2AlN(s)+3CO(g)△H=+2052KJ/mol/L,反应△S>0,△H>0,则满足△H-T△S<0,反应自发进行的条件是高温条件下,
故答案为:3C(s)+Al2O3(s)+N2(g)=2AlN(s)+3CO(g)△H=+2052KJ/mol/L;高温;
(2)①A.图象中,二氧化碳先增大是反应正向进行,到一定温度达到平衡状态,升温平衡逆向进行,二氧化碳转化率随温度升高减小,平衡说明正反应为放热反应,△H4小于零,故A正确;
B.图象2分析可知,图象变化趋势随温度升高到400°C以上,CH4和CO选择性受温度影响甲烷减小,一氧化碳增大,温度可影响产物的选择性,故B正确;
C.二氧化碳转化率先增大是反应正向进行未达到平衡状态,达到平衡状态,随温度升高二氧化碳转化率减小,故C错误;
D.CO2和H2混和气体(体积比1:4,总物质的量a mol)进行反应,将CO2和H2的初始体积比改变为1:3,二氧化碳转化率减小,故D错误;
故答案为:CD;
②在常压、Ru/TiO2催化下,CO2和H2混和气体(体积比1:4,总物质的量a mol)进行反应,350℃时,反应Ⅰ在t1时刻达到平衡,平衡时容器体积为VL,二氧化碳转化率为80% CO2(g)+4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g)
起始量(mol) 0.2a 0.8a 0 0
变化量(mol) 0.16a 0.64a 0.16a 0.32a
平衡量(mol) 0.04a 0.16a 0.16a 0.32a
平衡常数K=
| ||||
|
625V2 |
a2 |
故答案为:
625V2 |
a2 |
③反应为放热反应,升温平衡逆向进行,二氧化碳转化率减小,图中分析可知接近72.5%,甲烷物质的量减小小于350°C时甲烷物质的量,达到平衡所需要时间缩短
CO2(g)+4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g)
起始量(mol) 0.2a 0.8a 0 0
变化量(mol) 0.145a 0.58 a 0.145a 0.29a
平衡量(mol) 0.055 0.22a 0.145a 0.29a
画出图象,达到平衡状态甲烷 0.145a mol,升温加快反应速率,达到平衡所需时间缩短,得到图象为
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故答案为:
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(3)CO2可以在碱性水溶液中电解生成甲烷,结合电荷守恒和原子守恒,用氢氧根离子浓度配平电荷守恒得到电极反应为:CO2+6H2O+8e-═CH4+8OH-,
故答案为:CO2+6H2O+8e-═CH4+8OH-.
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