Question

【題目】CO2和CH4是兩種主要的溫室氣體，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，發生如下反應：

CO2(g) + CH4(g)2CO(g) + 2H2(g)。平衡體系中各組分的體積分數如下表：

物質	CH4	CO2	CO	H2
體積分數	0.1	0.1	0.4	0.4

①此溫度下該反應的平衡常數K=________________。

②已知：CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(g) △H=-890.3kJmol-1，CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g) △H=+2.8kJmol-1，2CO(g) + O2(g) = 2CO2(g) △H=-566.0kJmol-1，反應CO2(g) + CH4(g)2CO(g) + 2H2(g)的△H=_______。

（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_________。

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。寫出聚碳酸酯的結構簡式：__________。

②以氫氧化鉀水溶液作為電解質進行電解，CO2在銅電極上可轉化為甲烷，電極反應式為____________。

Answer 1

【答案】64 +247.3 kJ·mol－1 溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低 增大反應壓強或增大CO2的濃度 3Cu2Al2O4+32H++2NO3－=6Cu2++ 6Al3++2NO↑+16 H2O CO2+8e－+6H2O=CH4+8OH－

【解析】

（1）①由題意建立三段式計算可得；

②由蓋斯定律計算可得；

（2）①由圖可知溫度超過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，平衡正向移動，反應物CH4的轉化率增大；

③Cu2Al2O4拆成氧化物的形式：Cu2OAl2O3，與硝酸反應硝酸銅、硝酸鋁、一氧化氮和水；

（3）①CO2分子中含有碳氧雙鍵，一定條件下發生加聚反應；

②由碳元素化合價變化可知，CO2在陰極得電子發生還原反應生成甲烷。

（1）①設反應消耗二氧化碳的物質的量為x，由題意建立如下三段式：

由CH4的體積分數為0.1可得=0.1，解得X=4，則化學平衡常數K===64，故答案為：64；

②CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H=-890.3kJmol-1①

CO（g）+H2O （g）=CO2（g）+H2（g）△H=2.8kJmol-1②

2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-566.0kJmol-1③

根據蓋斯定律，由①+②×2-③×2得，CO2（g）+CH4（g）2CO（g）+2H2（g），則△H=-890.3kJmol-1+2.8kJmol-1×2+566.0kJmol-1×2=+247.3 kJmol-1，故答案為：+247.3 kJmol-1；

（2）①由圖可知溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低，則溫度升高而乙酸的生成速率降低，故答案為：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，平衡正向移動，反應物CH4的轉化率增大，故答案為增大反應壓強、增大CO2的濃度；

③Cu2Al2O4拆成氧化物的形式：Cu2OAl2O3，與硝酸反應硝酸銅、硝酸鋁、一氧化氮和水，反應的離子方程式為3Cu2Al2O4+32H++2NO3-= 6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O，故答案為：3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++ 2NO↑+16H2O；

（3）①CO2分子中含有碳氧雙鍵，一定條件下發生加聚反應生成，故答案為：；

②由碳元素化合價變化可知，CO2在陰極得電子發生還原反應生成甲烷，電極反應式為：CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH-，故答案為：CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH-。