Question

11．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4L容器中通入6mol CO₂、6mol 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	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=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CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g） 的△H=+247.3 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1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為了提高該反應中CH₄的轉化率，可以采取的措施是增大體積減小壓強或增大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）Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂．①如果尋找吸收CO₂的其他物質，下列建議合理的是ab
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
（4）利用反應A可將釋放的CO₂轉化為具有工業(yè)利用價值的產品．
反應A：CO₂+H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{高溫}$CO+H₂+O₂高溫電解技術能高效實現(xiàn)反應A，工作原理示意圖2如下：CO₂在電極a放電的反應式是CO₂+2e^-═CO+O^2-．

Answer 1

分析 （1）①先利用三段法求出各物質的物質的量，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)外界條件對化學平衡的影響，平衡正向移動，反應物轉化率增大；
③先將Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O•Al₂O₃，再根據(jù)氧化物與酸反應生成離子方程式，需要注意的是一價銅具有還原性；
（3）二氧化碳為酸性氣體，Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂與氧化性無關；
（4）二氧化碳、水分別在a極得到電子發(fā)生還原反應生成一氧化碳、氫氣，同時生成氧離子．

解答 解：（1）①CO₂（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$\frac{6-x}{12+2x}$=0.1，解得X=4，所以K=$\frac{[CO]^{2}•[{H}_{2}]^{2}}{[C{O}_{2}]•[C{H}_{4}]}$=$\frac{{2}^{2}×{2}^{2}}{0.5×0.5}$=64，
故答案為：64；
②已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ•mol^-1 ①
②CO（g）+H₂O （g）=CO₂（g）+H₂ （g）△H=+2.8kJ•mol^-1 ②
③2CO（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增大容器體積減小壓強、增大CO₂的濃度，平衡正向移動，反應物轉化率增大，故答案為：增大體積減小壓強或增大CO₂的濃度；
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，
故答案為：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O；
（3）a．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；
（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+O^2-，故答案為：CO₂+2e^-═CO+O^2-．

點評 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．