Question

9．CO₂和CH₄是兩種主要的溫室氣體，通過CH₄和CO₂反應(yīng)制造更高價值的化學(xué)品是目前的研究目標(biāo)．
（1）250℃時，以鎳合金為催化劑，向4L容器中通入6mol CO₂、6mol CH₄，發(fā)生如下反應(yīng)：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．平衡體系中各組分的體積分?jǐn)?shù)如表：

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

①此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64．
②已知：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ•mol^-1
CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=+2.8kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
反應(yīng)CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）的△H=247.3kJ•mol^-1．
（2）以二氧化鈦表面覆蓋的Cu₂Al₂O₄為催化劑，可以將CO₂和CH₄直接轉(zhuǎn)化成為乙酸．
①在不同溫度下，催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的變化關(guān)系如圖所示．250～300℃時，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低．
②為了提高該反應(yīng)中CH₄的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是增大反應(yīng)壓強(qiáng)、增大CO₂的濃度．
③將Cu₂Al₂O₄溶解在稀硝酸中的離子方程式為3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O．
（3）以CO₂為原料可以合成多種物質(zhì)．
①聚碳酸酯是一種易降解的新型合成材料，它是由CO₂加聚而成的．寫出聚碳酸酯的結(jié)構(gòu)簡式：．
②以氫氧化鉀水溶液作為電解質(zhì)進(jìn)行電解，CO₂在銅電極上可轉(zhuǎn)化為甲烷，電極反應(yīng)式為CO₂+8e^-+6H₂O=CH₄+8OH^-．

Answer 1

分析 （1）①先利用三段法求出各物質(zhì)的物質(zhì)的量，然后再根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積；
②根據(jù)蓋斯定律來解答；
（2）①根據(jù)溫度對催化劑活性的影響；
②根據(jù)外界條件對化學(xué)平衡的影響，平衡正向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大；
③先將Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O•Al₂O₃，再根據(jù)氧化物與酸反應(yīng)生成離子方程式，需要注意的是一價銅具有還原性；
（3）以①根據(jù)加聚反應(yīng)的特征來解答；
②根據(jù)原電池原理，CO₂在正極發(fā)生還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為甲烷，注意電解質(zhì)溶液為堿性．

解答 解：（1）①CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．
起始（mol）   6         6        0       0
反應(yīng)（mol）   x         x        2x      2x
平衡（mol）  6-x      6-x        2x      2x
由CH₄的體積分?jǐn)?shù)為0.1，則$\frac{6-X}{12+2X}$=0.1，解得X=4，所以K=$\frac{{C}^{2}（CO）{C}^{2}（{H}_{2}）}{C\\;（C{O}_{2}）C（C{H}_{4}）}$=$\frac{{2}^{2}×{2}^{2}}{0.5×0.5}$=64，
故答案為：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，
故答案為：+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，故答案：溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低；
②增大反應(yīng)壓強(qiáng)、增大CO₂的濃度，平衡正向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大，故答案為：增大反應(yīng)壓強(qiáng)、增大CO₂的濃度；
③Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O•Al₂O₃，與酸反應(yīng)生成離子方程式：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O，
故答案為：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O；
（3）①CO₂發(fā)生加聚反應(yīng)得到，故答案為：；
②CO₂在正極發(fā)生還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為甲烷，電極反應(yīng)為：CO₂+8e^-+6H₂O=CH₄+8OH^-，故答案為：CO₂+8e^-+6H₂O=CH₄+8OH^-．

點(diǎn)評 本題主要考查了化學(xué)反應(yīng)常數(shù)、化學(xué)平衡以及原電池原理的運(yùn)用，難度不大，根據(jù)所學(xué)知識即可完成．