Question

【題目】以氧化鋁為原料，通過碳熱還原法可合成氮化鋁（AlN）；通過電解法可制取鋁．電解鋁時陽極產生的CO2可通過二氧化碳甲烷化再利用．

請回答：

（1）已知：2Al2O3（s）═4Al（g）+3O2（g）△H1=3351KJmol﹣1

2C（s）+O2（g）═2CO（g）△H2=﹣221KJmol﹣1

2Al（g）+N2（g）═2AlN（s）△H3=﹣318KJmol﹣1

碳熱還原Al2O3合成AlN的總熱化學方程式是___________________________。

（2）在常壓、Ru/TiO2催化下，CO2和H2混和氣體（體積比1：4，總物質的量a mol）進行反應，測得CO2轉化率、CH4和CO選擇性隨溫度變化情況分別如圖1和圖2所示（選擇性：轉化的CO2中生成CH4或CO的百分比）．

反應ⅠCO2（g）+4H2（g）CH4（g）+2H2O（g）△H4

反應ⅡCO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H5

①下列說法不正確的是_______

A．△H4小于零

B．溫度可影響產物的選擇性

C．CO2平衡轉化率隨溫度升高先增大后減少

D．其他條件不變，將CO2和H2的初始體積比改變為1：3，可提高CO2平衡轉化率

②350℃時，反應Ⅰ在t1時刻達到平衡，平衡時容器體積為VL該溫度下反應Ⅰ的平衡常數為______（用a、V表示）

③350℃下CH4物質的量隨時間的變化曲線如圖3所示．畫出400℃下0～t1時刻CH4物質的量隨時間的變化曲線_______．

（3）據文獻報道，CO2可以在堿性水溶液中電解生成甲烷，生成甲烷的電極反應式是_______．

Answer 1

【答案】 3C（s）+Al2O3（s）+N2（g）=2AlN（s）+3CO（g）△H=+1026KJ/mol/L CD CO2+6H2O+8e﹣═CH4+8OH﹣

【解析】(1)已知：①2Al2O3(s)===4Al(g)＋3O2(g)　ΔH1＝3 351 kJ·mol－1，②2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH2＝－221 kJ·mol－1，③2Al(g)＋N2(g)===2AlN(s)　ΔH3＝－318 kJ·mol－1，根據蓋斯定律①×＋②×＋③即得到碳熱還原Al2O3合成AlN的總熱化學方程式是3C(s)＋Al2O3(s)＋N2(g)===2AlN(s)＋3CO(g)　ΔH＝ΔH1×＋ΔH2×＋ΔH3=+1026 kJ·mol－1；

（2）①A、圖1中，二氧化碳轉化率先增大是反應正向進行，到一定溫度達到平衡狀態，升溫平衡逆向移動，二氧化碳的轉化率承溫度升高而減小，說明正反應為放熱反應，ΔH4＜0，選項A正確；B、圖2分析可知，圖中曲線變化趨勢隨溫度升高到400℃以上，CH4和CO選擇性受溫度影響，甲烷減少，一氧化碳增多，溫度可影響產物的選擇性，選項B正確；C、二氧化碳轉化率先增大是反應正向進行未達到平衡狀態，達到平衡狀態后隨溫度升高二氧化碳轉化率減小，選項C錯誤；D、CO2和H2混和氣體（體積比1：4，總物質的量a mol）進行反應，將CO2和H2的初始體積比改變為1：3，二氧化碳的轉化率減小，選項D錯誤。答案選CD；②在常壓、Ru/TiO2催化下，CO2和H2混和氣體（體積比1：4，總物質的量a mol）進行反應，350℃時，反應Ⅰ在t1時刻達到平衡，平衡時容器體積為VL，二氧化碳的轉化率為80%， CO2（g）+4H2（g）CH4（g）+2H2O（g）

起始量(mol) 0.2a 0.8a 0 0

變化量(mol) 0.16a 0.64a 0.16a 0.32a

平衡量(mol) 0.04a 0.16a 0.16a 0.32a

反應Ⅰ的平衡常數K==；③反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，二氧化碳的轉化率減小，由圖分析可知，接近72.5%，甲烷的物質的量減小，小于350℃時甲烷的物質的量，達到平衡所需要時間縮短

CO2（g）+4H2（g）CH4（g）+2H2O（g）

起始量(mol) 0.2a 0.8a 0 0

變化量(mol) 0.145a 0.58a 0.145a 0.29a

平衡量(mol) 0.055a 0.22a 0.145a 0.29a

畫出圖象，達到平衡狀態甲烷0.145amol，升高溫度加快反應速率，達到平衡所需要時間縮短，得到圖象為：；（3）CO2可以在堿性水溶液中電解生成甲烷，結合電荷守恒和原子守恒配平可行，生成甲烷的電極反應式為：CO2+6H2O+8e﹣═CH4+8OH﹣。