Question

【題目】CO2的排放會(huì)帶來全球“溫室”效應(yīng)，因此，引起國際關(guān)注和研究，渴望21世紀(jì) CO2將作為新碳源被廣泛使用。

(1)以 CO2 和 H2 為原料可得到 CH4 燃料。

已知：① CH4 (g) + CO2(g) = 2CO(g) + 2H2(g) △ H1= + 247kJ·mol-1

② CH4 (g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2(g) △ H2= + 205kJ·mol-1

寫出由 CO2 獲得CH4的熱化學(xué)方程式：_____。

(2)CO2與CH4經(jīng)催化重整可制得合成氣：CH4(g)+CO2(g) = CO(g)+2H2(g) 按一定體積比加入CH4和CO2，在恒壓下發(fā)生反應(yīng)，溫度對(duì)CO和H2產(chǎn)率影響如圖所示。此反應(yīng)優(yōu)選溫度為900℃的原因是______________________。

(3)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)化成乙酸。

① 催化劑的催化效率與乙酸的生成速率隨溫度的變化關(guān)系如上圖所示。250～300℃時(shí)，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(yīng)中CH4的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是________(寫出兩種) 。

③ 將Cu2Al2O4溶解在稀硝酸中離子方程式是________________________。

(4)O2輔助的Al—CO2電池工作原理如上圖所示。該電池電容量大，能有效利用CO2，電池反應(yīng)產(chǎn)物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。電池的負(fù)極反應(yīng)式：_______________________。電池的正極反應(yīng)式：2CO2+2e= C2O42該過程中，O2起催化作用，催化過程可表示為：i： 6 O2 + 6e = 6 O2 ii: ……寫出ii的離子方程式：______________________。

Answer 1

【答案】CO2(g)+ 4H2(g) = CH4(g) + 2H2O(g) △H = -163 kJ/mo1 900 ℃時(shí)，合成氣產(chǎn)率已經(jīng)較高，再升高溫度產(chǎn)率增幅不大，但能耗升高，經(jīng)濟(jì)效益降低 溫度超過250℃時(shí)，催化劑的催化效率降低 增大體系壓強(qiáng)、增大CO2的濃度 3Cu2Al2O4+32H++2NO3﹣=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O Al–3e–=Al3+(或2Al–6e–=2Al3+) 6CO2+6O2 = 3C2O42+6O2

【解析】

（1）依據(jù)蓋斯定律的應(yīng)用分析作答；

（2）根據(jù)圖中信息分析溫度超過900℃后反應(yīng)產(chǎn)率的增大并不明顯，再結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益作答；

（3）①溫度超過250℃時(shí)，催化劑的催化效率降低；

②提高該反應(yīng)中CH4的轉(zhuǎn)化率，即使反應(yīng)平衡向正向移動(dòng)，依據(jù)對(duì)反應(yīng)平衡的影響因素作答；

③Cu2Al2O4拆成氧化物的形式：Cu2OAl2O3，結(jié)合金屬氧化物與酸的反應(yīng)書寫該反應(yīng)的離子方程式；

（4）電池的負(fù)極為Al，所以反應(yīng)一定是Al失電子，該電解質(zhì)為氯化鋁離子液體，所以Al失電子應(yīng)轉(zhuǎn)化為Al3+，據(jù)此書寫電極反應(yīng)式；依據(jù)題意可知，氧氣為催化劑，在第一步被消耗，會(huì)在第二步生成，結(jié)合正極總反應(yīng)2CO2+2e= C2O42作答。

（1）① CH4 (g) + CO2(g) = 2CO(g) + 2H2(g) △ H1= + 247kJ·mol-1

② CH4 (g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2(g) △ H2= + 205kJ·mol-1，則①-2×②可得CO2(g)+ 4H2(g) = CH4(g) + 2H2O(g)，對(duì)應(yīng)的反應(yīng)熱△H =△ H1 -2△ H2 = + 247kJ·mol-1-2×+ 205kJ·mol-1=-163 kJ/mo1-1，

故答案為：CO2(g)+ 4H2(g) = CH4(g) + 2H2O(g) △H = -163 kJ/mo1；

（2）根據(jù)圖3得到，900℃時(shí)反應(yīng)產(chǎn)率已經(jīng)比較高，溫度再升高，反應(yīng)產(chǎn)率的增大并不明顯，而生產(chǎn)中的能耗和成本明顯增大，經(jīng)濟(jì)效益會(huì)下降，所以選擇900℃為反應(yīng)最佳溫度，

故答案為：900 ℃時(shí)，合成氣產(chǎn)率已經(jīng)較高，再升高溫度產(chǎn)率增幅不大，但能耗升高，經(jīng)濟(jì)效益降低，

故答案為：900 ℃時(shí)，合成氣產(chǎn)率已經(jīng)較高，再升高溫度產(chǎn)率增幅不大，但能耗升高，經(jīng)濟(jì)效益降低；

（3）①溫度超過250℃時(shí)，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，

故答案為：溫度超過250℃時(shí)，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(dòng)，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：Cu2OAl2O3，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；

（4）電池的負(fù)極為Al，所以反應(yīng)一定是Al失電子，該電解質(zhì)為氯化鋁離子液體，所以Al失電子應(yīng)轉(zhuǎn)化為Al3+，方程式為：Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）。根據(jù)電池的正極反應(yīng)，氧氣在第一步被消耗，又在第二步生成，所以氧氣為正極反應(yīng)的催化劑，因正極總反應(yīng)為：2CO2+2e= C2O42，兩式相減得到，另一步反應(yīng)為6CO2+6O2 = 3C2O42+6O2， ·

故答案為：Al–3e–=Al3+(或2Al–6e–=2Al3+)；6CO2+6O2 = 3C2O42+6O2；