Question

11．CO₂和CH₄是兩種重要的溫室氣體，通過CH₄和CO₂反應(yīng)制造更高價值的化學(xué)品是目前的研究方向．
（1）已知：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=a kJ•mol^-1
CO（g）+H₂O （g）=CO₂（g）+H₂ （g）△H₂=b kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₃=c kJ•mol^-1
反應(yīng)CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g） 的△H=a+2b?2ckJ•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(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）以CO₂為原料可以合成多種物質(zhì)．
①利用FeO吸收CO₂的化學(xué)方程式為：6FeO+CO₂=2Fe₃O₄+C，則反應(yīng)中每生成1molFe₃O₄，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol．
②以氫氧化鉀水溶液作電解質(zhì)進(jìn)行電解，在銅電極上CO₂可轉(zhuǎn)化為CH₄，另一電極石墨連接電源的正極，則該電解反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$CH₄+2O₂．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律結(jié)合已知熱化學(xué)方程式來解答；
（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）①根據(jù)化合價升降以及電子轉(zhuǎn)移計算反應(yīng)生成1molFe₃O₄電子轉(zhuǎn)移的量；
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）CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=akJ•mol^-1    ①
  CO（g）+H₂O （g）=CO₂（g）+H₂ （g）△H=bkJ•mol^-1        ②
  2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=ckJ•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=（a+2b?2c）kJ•mol^-1．
故答案為：a+2b?2c；
（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，
故答案：溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低；
②該反應(yīng)是體積減小的可逆反應(yīng)，所以為了提高該反應(yīng)中CH₄的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是增大反應(yīng)壓強或增大CO₂的濃度，
故答案為：增大反應(yīng)壓強或增大CO₂的濃度；
③硝酸是氧化性酸，稀硝酸的還原產(chǎn)物是NO，則根據(jù)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，
故答案為：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O；
（3）①根據(jù)方程式6FeO+CO₂=2Fe₃O₄+C可知反應(yīng)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(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol，
故答案為：2；
②銅是活性電極，如果在銅電極上CO₂可轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為氧氣，則該電解反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$CH₄+2O₂，
故答案為：正；CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$CH₄+2O₂．

點評 本題主要考查蓋斯定律、影響化學(xué)反應(yīng)速率和平衡的因素以及原電池原理的運用等知識，難度不大，根據(jù)所學(xué)知識即可完成．