Question

【題目】CO2和CH4是兩種重要的溫室氣體，通過CH4和CO2反應制造更高價值的化學品是目前的研究方向。

（1）已知：CH4(g) + 2O2(g)＝CO2(g) + 2H2O(g) ΔH1 ＝ a kJmol－1

CO(g) + H2O (g)＝CO2(g) + H2 (g) ΔH2 ＝ b kJmol－1

2CO(g) + O2(g)＝2CO2(g) ΔH3 ＝ c kJmol－1

反應CO2(g) + CH4(g)2CO(g) + 2H2(g) 的ΔH＝ kJmol－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8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）以CO2為原料可以合成多種物質。

① 利用FeO吸收CO2的化學方程式為：6FeO + CO2＝2Fe3O4 + C，則反應中每生成1molFe3O4，轉移電子的物質的量為 mol。

② 以氫氧化鉀水溶液作電解質進行電解，在銅電極上CO2可轉化為CH4，另一電極石墨連接電源的 極，則該電解反應的化學方程式為

Answer 1

【答案】（1） a+2b2c（2）①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

③ 3Cu2Al2O4+32H++2NO3－＝6Cu2++ 6Al3++2NO↑+16H2O （3） ① 2

② 正 CO2 + 2H2OCH4 + 2O2

【解析】

試題分析：（1）已知：① CH4(g) + 2O2(g)＝CO2(g) + 2H2O(g) ΔH1 ＝ a kJmol－1，②CO(g) + H2O (g)＝CO2(g) + H2 (g) ΔH2 ＝ b kJmol－1，③2CO(g) + O2(g)＝2CO2(g) ΔH3 ＝ c kJmol－1，則根據蓋斯定律可知①＋②×2—③×2即得到反應CO2(g) + CH4(g)2CO(g) + 2H2(g) 的ΔH＝a+2b2ckJmol－1。

（2）①由于催化劑的催化效率受溫度影響大，所以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該反應是體積減小的可逆反應，所以為了提高該反應中CH4的轉化率，可以采取的措施是增大反應壓強或增大CO2的濃度。

③硝酸是氧化性酸，稀硝酸的還原產物是NO，則根據電子得失守恒和原子守恒可知Cu2Al2O4溶解在稀硝酸中的離子方程式為3Cu2Al2O4+32H++2NO3－＝6Cu2++ 6Al3++2NO↑+16 H2O。

（3）①根據方程式6FeO + CO2＝2Fe3O4 + C可知反應中每生成1molFe3O4，消耗0.5molCO2。其中碳元素的化合價從＋4價降低到0價，則轉移電子的物質的量為2mol。

②銅是活性電極，如果在銅電極上CO2可轉化為CH4，這說明銅電極是陰極，則另一電極石墨連接電源的正極，該電極是陽極，溶液中的氫氧根失去電子轉化為氧氣，則該電解反應的化學方程式為CO2 + 2H2OCH4 + 2O2。