Question

（15分）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。

（1）250℃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： 《1》CH₄(g)＋2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g) △H=890．3 kJ·mol^－1

《2》CO(g)＋H₂O (g)＝CO₂(g)＋H₂ (g) △H=+2．8 kJ·mol^－1

《3》2CO(g)＋O₂(g)＝2CO₂(g) △H=566．0 kJ·mol^－1

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

（2）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                       。

（3）①Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂。①如果寻找吸收CO₂的其他物质，下列建议合理的是_____。

A．可在碱性氧化物中寻找    

B．可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找

C．可在具有强氧化性的物质中寻找

②Li₂O吸收CO₂后，产物用于合成Li₄SiO₄，Li₄SiO₄用于吸收、释放CO₂。原理是：在500℃，CO₂与Li₄SiO₄接触后生成Li₂CO₃；平衡后加热至700℃，反应逆向进行，放出CO₂，Li₄SiO₄再生，说明该原理的化学方程式是                           。

（4）利用反应A可将释放的CO₂转化为具有工业利用价值的产品。

反应A：CO₂+H₂OCO+H₂+O₂

高温电解技术能高效实现（3）中反应A，工作原理示意图如下：

CO₂在电极a放电的反应式是__________________________________________。

Answer

（1）① 64（2分） ②+247．3 kJ/mol （2分）

（2）①温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低（2分）

②增大反应压强或增大CO2的浓度（2分）

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

（3）①A、B （1分） ② CO2 + Li4SiO4 Li2CO3 + Li2SiO3（2分）

（4）CO2 + 2e- == CO+O2-（2分）

【解析】

试题分析：（1）①假设在反应过程是CO2改变的物质的量是x，则平衡时各种气体的物质的量是CO2 ：(6-x)mol；CH4：(6-x)mol ；CO：2xmol；H2：2xmol。根据题意可得：(6-x)mol ÷[(6-x)mol+(6-x)mol+2xmol+2xmol]=0．1，解得x=4。因此平衡混合体系中物质的浓度分别是：c(CO2)=c(CH4)=0．5mol/L；c(CO)=c(H2)=2mol/L，因此化学平衡常数K=；②《1》+《2》×2—《3》×2，整理可得CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g) 的△H=+247．3 kJ/mol；（2）①在250～300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低；②由于正反应是气体体积减小的反应，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压强或增大CO2的浓度；（3）①由于Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2，Li、Na是碱金属元素，位于第；Mg是碱土金属，在元素周期表中位于第族，所以所以如果寻找吸收CO2的其他物质，可在碱性氧化物中寻找或可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找，选项是A、B；②Li2O吸收CO2后，产物用于合成Li4SiO4，Li4SiO4用于吸收、释放CO2。原理是：在500℃，CO2与Li4SiO4接触后生成Li2CO3；平衡后加热至700℃，反应逆向进行，放出CO2，Li4SiO4再生，说明该原理的化学方程式是CO2 + Li4SiO4 Li2CO3 + Li2SiO3；（4）CO2在阴极得到电子变为CO，所以a电解是阴极，与电源的负极连接，在电极a放电的反应式是CO2 + 2e- =CO+O2-。

考点：考查提高物质平衡转化率的措施、化学平衡常数的计算、化学方程式和反应的热化学方程式的书写、气体吸收试剂的选择标准、电解原理的应用的知识。