Question

CO₂和CH₄是两种重要的温室气体，通过CH₄和CO₂反应制造更高价值化学品是目前的研究目标。

⑴250℃时，以镍合金为催化剂，向4 L容器中通入6 mol CO₂、6 mol CH₄，发生如下反应：CO₂ (g)＋CH₄(g) 2CO(g)＋2H₂(g)。平衡体系中各组分体积分数如下表：

物质	CH4	CO2	CO	H2
体积分数	0.1	0.1	0.4	0.4

①此温度下该反应的平衡常数K=     。

②已知：CH₄(g)＋2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g) △H=-890.3 kJ·mol^－1

CO(g)＋H₂O (g)＝CO₂(g)＋H₂ (g) △H=2.8 kJ·mol^－1

2CO(g)＋O₂(g)＝2CO₂(g) △H=-566.0 kJ·mol^－1

反应CO₂(g)＋CH₄(g)2CO(g)＋2H₂(g) 的△H=     。

⑵以二氧化钛表面覆盖Cu₂Al₂O₄为催化剂，可以将CO₂和CH₄直接转化成乙酸。

①在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如右图所示。250～300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是   。

②为了提高该反应中CH₄的转化率，可以采取的措施是   。

③将Cu₂Al₂O₄溶解在稀硝酸中的离子方程式为     。

⑶以CO₂为原料可以合成多种物质。

①聚碳酸酯是一种易降解的新型合成材料，它是由缩聚而成。写出聚碳酸酯的结构简式：   。

②以氢氧化钾水溶液作电解质进行电解，CO₂在铜电极上可转化为甲烷，该电极反应方程式为     。

Answer

⑴①64    ②+247.3 kJ·mol－1  

⑵①温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低

②增大反应压强或增大CO2的浓度

③3Cu2Al2O4+32H++2NO3－=6Cu2++ 6Al3++2NO↑+16 H2O

⑶①    ②CO2+8e－+6H2O=CH4+8OH－

（每空2分，共14分）

【解析】

试题分析：（1）①   CO2 (g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g)

起始浓度（mol/L）     1.5      1.5             0      0

转化浓度（mol/L）     x        x              2x     2x

平衡浓度（mol/L）   1.5－x   1.5－x           2x     2x

则

解得x＝1

所以该反应的平衡常数K＝＝64。

②根据盖斯定律可知，①＋②×2－③×2，即得到反应CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)，所以该反应的△H=－890.3 kJ/mol＋2.8 kJ/mol×＋566 kJ/mol×2＝＋247.3 kJ/mol。

（2）①由于催化剂的催化效率受温度影响大，因此当温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低，从而导致乙酸的生成速率降低。

②由于该反应是体积减小的可逆反应，所以为了提高该反应中CH4的转化率，可以采取的措施是增大反应压强或增大CO2的浓度。

③硝酸碱液强氧化性，所以将Cu2Al2O4溶解在稀硝酸中的离子方程式为3Cu2Al2O4＋32H+＋2NO3－＝6Cu2++ 6Al3+＋2NO↑＋16 H2O。

（3）①聚碳酸酯是一种易降解的新型合成材料，它是由缩聚而成，其单体是碳酸，所以聚碳酸酯的结构简式是。

②CO2在铜电极上可转化为甲烷，说明铜电极是阴极，发生还原反应。由于氢氧化钾是电解质容易，因此电极反应式是CO2+8e－+6H2O=CH4+8OH－。

考点：考查化学平衡常数、反应热的计算、外界条件对反应速率的影响以及缩聚反应和电极反应式的书写等