Question

【題目】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4 L容器中通入6 mol CO2、6 mol CH4，發生如下反應：CO2 (g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g)。平衡體系中各組分體積分數如下表：

物質	CH4	CO2	CO	H2
體積分數	0.1	0.1	0.4	0.4

①此溫度下該反應的平衡常數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

反應CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g) 的△H =_____________kJ·mol－1

（2）以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉化成乙酸。

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的轉化率，可以采取的措施是________。

（3）Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2 ；

①如果尋找吸收CO2的其他物質，下列建議不合理的是______

a.可在具有強氧化性的物質中尋找

b.可在堿性氧化物中尋找

c.可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中尋找

②Li2O吸收CO2后，產物用于合成Li4SiO4，Li4SiO4用于吸收、釋放CO2 ，原理是：在500℃，CO2與Li4SiO4接觸后生成Li2CO3；平衡后加熱至700℃，反應逆向進行，放出CO2，Li4SiO4再生，說明該原理的化學方程式是_____________。

（4）高溫電解技術能高效實現下列反應：CO2+H2O CO+H2+O2，其可將釋放的CO2轉化為具有工業利用價值的產品。工作原理示意圖如下：

CO2在電極a放電的電極反應式是______________

Answer 1

【答案】64 +247.3 溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低 增大反應壓強或增大CO2的濃度 a CO2 + Li4SiO4 Li2CO3 + Li2SiO3 CO2 + 2e- =CO+O2 -

【解析】

(1)建立三步走思維：

x = 4

①此溫度下該反應的平衡常數

故答案為64；

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

②CO(g)＋H2O (g)＝CO2(g)＋H2 (g) △H =+2.8 kJ·mol－1

③2CO(g)＋O2(g)＝2CO2(g) △H =566.0 kJ·mol－1

將①＋②×2 - ③×2，反應CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g) 的△H =+247.3 kJ·mol－1

故答案為+247.3；

⑵以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉化成乙酸。

①250～300℃時，根據圖中信息知道高于250℃時，催化劑的催化效率降低，因此溫度升高而乙酸的生成速率降低，故答案為溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低；

②為了提高該反應中CH4的轉化率，可以采取的措施是增大壓強或者增加二氧化碳的濃度，

故答案為增大反應壓強或增大CO2的濃度；

⑶Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2 ；

①a選項，可在具有強氧化性的物質中尋找，強氧化性的物質不與二氧化碳反應，故a不合理；

b選項，堿性氧化物與二氧化碳反應，故b合理；

c選項，可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物主要是堿性氧化物，與二氧化碳反應，故c合理；

綜上所述，答案為a；

②Li2O吸收CO2后，產物用于合成Li4SiO4，Li4SiO4用于吸收、釋放CO2 ，原理是：在500℃，CO2與Li4SiO4接觸后生成Li2CO3，根據質量守恒，另一中生成物為Li2SiO3，平衡后加熱至700℃，反應逆向進行，放出CO2，Li4SiO4再生，說明該原理的化學方程式是CO2 + Li4SiO4 Li2CO3 + Li2SiO3，

故答案為CO2 + Li4SiO4 Li2CO3 + Li2SiO3；

⑷根據分析CO2在電極a放電變為CO，化合價降低，得到電子，因此其電極反應式是CO2 + 2e－=CO+O2－，

故答案為CO2 + 2e－=CO+O2－。