Question

（15分）CO₂和CH₄是两种重要的温室气体，通过CH₄和CO₂反应制造更高价值的化学品是目前的研究方向。

（1）已知：CH₄(g) + 2O₂(g)＝CO₂(g) + 2H₂O(g) ΔH₁ ＝ a kJ•mol^－1

CO(g) + H₂O (g)＝CO₂(g) + H₂ (g)   ΔH₂ ＝ b kJ•mol^－1

2CO(g) + O₂(g)＝2CO₂(g)          ΔH₃ ＝ c kJ•mol^－1

反应CO₂(g) + CH₄(g)2CO(g) + 2H₂(g) 的ΔH＝          kJ•mol^－1。

（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图8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）以CO₂为原料可以合成多种物质。

① 利用FeO吸收CO₂的化学方程式为：6FeO + CO₂＝2Fe₃O₄ + C，则反应中每生成1molFe₃O₄，转移电子的物质的量为               mol。

② 以氢氧化钾水溶液作电解质进行电解，在铜电极上CO₂可转化为CH₄，另一电极石墨连接电源的    极，则该电解反应的化学方程式为        。

Answer

（15分，化学方程式缺条件或箭头只扣1分） （1） a+2b‒2c （3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）

③ 3Cu2Al2O4+32H++2NO3－＝6Cu2++ 6Al3++2NO↑+16H2O（2分） （3） ① 2（2分）

② 正（2分） CO2 + 2H2OCH4 + 2O2（2分）

【解析】

试题分析：（1）已知：① CH4(g) + 2O2(g)＝CO2(g) + 2H2O(g) ΔH1 ＝ a kJ•mol－1，②CO(g) + H2O (g)＝CO2(g) + H2 (g) ΔH2 ＝ b kJ•mol－1，③2CO(g) + O2(g)＝2CO2(g) ΔH3 ＝ c kJ•mol－1，则根据盖斯定律可知①＋②×2—③×2即得到反应CO2(g) + CH4(g)2CO(g) + 2H2(g) 的ΔH＝a+2b‒2ckJ•mol－1。

（2）①由于催化剂的催化效率受温度影响大，所以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硝酸是氧化性酸，稀硝酸的还原产物是NO，则根据电子得失守恒和原子守恒可知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根据方程式6FeO + CO2＝2Fe3O4 + C可知反应中每生成1molFe3O4，消耗0.5molCO2。其中碳元素的化合价从＋4价降低到0价，则转移电子的物质的量为2mol。

②铜是活性电极，如果在铜电极上CO2可转化为CH4，这说明铜电极是阴极，则另一电极石墨连接电源的正极，该电极是阳极，溶液中的氢氧根失去电子转化为氧气，则该电解反应的化学方程式为CO2 + 2H2OCH4 + 2O2。

考点：考查盖斯定律、外界条件对平衡状态的影响、氧化还原反应以及电化学原理应用