Question

(14 分)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密閉容器中通入6 mol CO2、6 mol CH4，發(fā)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(shù)如下表：

物質(zhì)	CH4	CO2	CO	H2
體積分數(shù)	0.1	0.1	0.4	0.4

①此溫度下該反應的平衡常數(shù)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＝ ；

③在不同溫度下催化劑的催化效率與CO的生成速率如右圖所示。t1～t2℃時，溫度升高而CO的生成速率降低的原因是 ；

（?代表CO的生成速率，■代表催化劑的催化效率）

④為了提高該反應中CH4的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是 ；

⑤若再向容器中同時充入2.0 mol CO2、6.0 mol CH4、4.0 molCO 和8.0 molH2，則上述平衡向 (填“正反應”或“逆反應”)方向移動。

（2）以CO2為原料可以合成多種物質(zhì)。

①可降解二氧化碳聚合物是由CO2加聚而成，寫出其結(jié)構簡式： ；

②以氫氧化鉀水溶液作電解質(zhì)進行電解，CO2在銅電極上可轉(zhuǎn)化為甲烷，該電極反應方程式為 。

 

Answer 1

（共14分，每空2分）（1）①64 ②+1379.3 kJ·mol－1

（2）①溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低 ②（擴體）減小壓強或增大CO2的濃度 ③逆反應

（3）① ②CO2+8e－+6H2O＝CH4+8OH－

【解析】

試題分析：（1）① CO2（g）+CH4（g）2CO（g）+2H2（g）

起始（mol）   6     6        0    0

反應（mol）   X    X        2X    2X

平衡（mol）  6-X    6-X       2X    2X

由CH4的體積分數(shù)為0.1，則 =0.1，解得X=4，所以K= =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；

③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；

④正反應是體積減小的可逆反應，降低壓強、增大CO2的濃度，平衡正向移動，反應物轉(zhuǎn)化率增大；

⑤若再向容器中同時充入2.0 mol CO2、6.0 mol CH4、4.0 molCO 和8.0 molH2，則此時＝72＞64，所以上述平衡向逆反應方向移動。

（2）①CO2的結(jié)構式為O＝C＝O，發(fā)生加聚反應得到；

②原電池中負極失去電子，正極得到電子，因此CO2在正極發(fā)生還原反應轉(zhuǎn)化為甲烷，電極反應為：CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH-。

考點：考查化學反應常數(shù)、化學平衡以及原電池原理的運用