Question

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(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=________________

（2）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右圖所示。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(zhuǎn)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）Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2。①如果尋找吸收CO2的其他物質(zhì)，下列建議合理的是______

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(zhì)中尋找

②Li2O吸收CO2后，產(chǎn)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(zhuǎn)化為具有工業(yè)利用價值的產(chǎn)品。

反應A：

高溫電解技術能高效實現(xiàn)（3）中反應A，工作原理示意圖如下：

CO2在電極a放電的反應式是_____________________________________________

Answer 1

【知識點】反應熱的計算、化學平衡常數(shù)的含義、化學平衡的影響因素、電解原理

【答案解析】⑴①64     ②+247.3 kJ·mol－1  

⑵①溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低

②增大反應壓強或增大CO2的濃度

③3Cu2Al2O4+32H++2NO3－=6Cu2++ 6Al3++2NO↑+16 H2O

（3）①ab  （1分）    ②CO2 + Li4SiO4  Li2CO3 + Li2SiO3

（4）CO2 + 2e- == CO+O2-

解析：（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(6-x)/(12+2x)=0.1，解得X=4，所以K=(22×22)/(0.5×0.5)=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=(-890.3+2.8×2+566.0×2) kJ•mol-1=+247.3 kJ•mol-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(zhuǎn)化率增大；
③Cu2Al2O4拆成氧化物的形式：Cu2O•Al2O3，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(zhì)，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(zhì)，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(jù)質(zhì)量守恒可知產(chǎn)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(fā)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-；

【思路點撥】本題主要考查了綜合利用CO2，涉及熱化學反應、電化學、化學平衡影響因素等，較為綜合，題目難度中等．