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) ΔH＝－890.3 kJ·mol－1

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

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

反應CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g) 的ΔH＝_____________。

(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下圖所示。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將Cu2Al2O4溶解在稀硝酸中的離子方程式為________________________________________________。

(3)①Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2。如果尋找吸收CO2的其他物質，下列建議合理的是________(填字母)。

a．可在堿性氧化物中尋找

b．可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中尋找

c．可在具有強氧化性的物質中尋找

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)利用反應A可將釋放的CO2轉化為具有工業利用價值的產品。

反應A：CO2＋H2OCO＋H2＋O2

高溫電解技術能高效實現反應A，工作原理示意圖如下：

CO2在電極a放電的反應式是________________________________________________。

Answer 1

【答案】 64 247.3 kJ·mol－1 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 3Cu2Al2O4＋32H＋＋2NO===6Cu2＋＋ 6Al3＋＋2NO↑＋16H2O ab CO2 ＋ Li4SiO4Li2CO3 ＋ Li2SiO3 CO2＋2e－ ===CO＋O2－

【解析】（1）① CO2（g）+CH4（g）2CO（g）+2H2（g）
起始（mol） 6 60 0
反應（mol） XX2X 2X
平衡（mol）6-X 6-X2X2X
由CH4的體積分數為0.1，則=0.1，解得X=4，所以①K==64；
②CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H=-890.3kJmol-1 ①
CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=2.8kJmol-1②
2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-566.0kJmol-1 ③
根據蓋斯定律，由①+②×2-③×2得，CO2（g）+CH4（g）2CO（g）+2H2（g）△H=-890.3kJmol-1+2.8kJmol-1×2+566.0kJmol-1×2=+247.3kJmol-1；
（2）①溫度超過250℃時，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；
②增大反應壓強、增大CO2的濃度，平衡正向移動，反應物轉化率增大；
③Cu2Al2O4拆成氧化物的形式：Cu2OAl2O3，與酸反應生成離子方程式：3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O；
（3）①a．Li2O、Na2O、MgO均屬于堿性氧化物，均能吸收酸性氧化物CO2，可在堿性氧化物中尋找吸收CO2的其他物質，故a正確；b．Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2，鈉、鎂、鋁為ⅠA、ⅡA族元素，所以可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中尋找吸收CO2的其他物質，故b正確；c．Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2，但它們都沒有強氧化性，且吸收二氧化碳與氧化還原無關，故c錯誤；故答案為ab；
②在500℃，CO2與Li4SiO4接觸后生成Li2CO3，反應物為CO2與Li4SiO4，生成物有Li2CO3，根據質量守恒可知產物還有Li2SiO3，所以化學方程式為：CO2+Li4SiO4

Li2CO3+Li2SiO3；
（4）二氧化碳在a極得到電子發生還原反應生成一氧化碳同時生成氧離子，反應電極反應式為：CO2+2e-═CO+O2-。