Question

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

（1）250℃时，以镍合金为催化剂，向4L容器中通入6mol CO₂、6mol CH₄，发生如下反应：

CO₂(g) + CH₄(g)2CO(g) + 2H₂(g)。平衡体系中各组分的体积分数如下表：

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=-890.3kJ•mol^-1，CO(g) + H₂O(g) = CO₂(g) + H₂(g) △H=+2.8kJ•mol^-1，2CO(g) + O₂(g) = 2CO₂(g) △H=-566.0kJ•mol^-1，反应CO₂(g) + CH₄(g)2CO(g) + 2H₂(g)的△H=_______。

（2）以二氧化钛表面覆盖的Cu₂Al₂O₄为催化剂，可以将CO₂和CH₄直接转化成为乙酸。

①在不同温度下，催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的变化关系如图所示。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）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CO₂加聚而成的。写出聚碳酸酯的结构简式：__________。

②以氢氧化钾水溶液作为电解质进行电解，CO₂在铜电极上可转化为甲烷，电极反应式为____________。

Answer

64 +247.3 kJ·mol－1 温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低 增大反应压强或增大CO2的浓度 3Cu2Al2O4+32H++2NO3－=6Cu2++ 6Al3++2NO↑+16 H2O CO2+8e－+6H2O=CH4+8OH－

【解析】

（1）①由题意建立三段式计算可得；

②由盖斯定律计算可得；

（2）①由图可知温度超过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，平衡正向移动，反应物CH4的转化率增大；

③Cu2Al2O4拆成氧化物的形式：Cu2O•Al2O3，与硝酸反应硝酸铜、硝酸铝、一氧化氮和水；

（3）①CO2分子中含有碳氧双键，一定条件下发生加聚反应；

②由碳元素化合价变化可知，CO2在阴极得电子发生还原反应生成甲烷。

（1）①设反应消耗二氧化碳的物质的量为x，由题意建立如下三段式：

由CH4的体积分数为0.1可得=0.1，解得X=4，则化学平衡常数K===64，故答案为：64；

②CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H=-890.3kJ•mol-1①

CO（g）+H2O （g）=CO2（g）+H2（g）△H=2.8kJ•mol-1②

2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-566.0kJ•mol-1③

根据盖斯定律，由①+②×2-③×2得，CO2（g）+CH4（g）⇌2CO（g）+2H2（g），则△H=-890.3kJ•mol-1+2.8kJ•mol-1×2+566.0kJ•mol-1×2=+247.3 kJ•mol-1，故答案为：+247.3 kJ•mol-1；

（2）①由图可知温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低，则温度升高而乙酸的生成速率降低，故答案为：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，平衡正向移动，反应物CH4的转化率增大，故答案为增大反应压强、增大CO2的浓度；

③Cu2Al2O4拆成氧化物的形式：Cu2O•Al2O3，与硝酸反应硝酸铜、硝酸铝、一氧化氮和水，反应的离子方程式为3Cu2Al2O4+32H++2NO3-= 6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O，故答案为：3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++ 2NO↑+16H2O；

（3）①CO2分子中含有碳氧双键，一定条件下发生加聚反应生成，故答案为：；

②由碳元素化合价变化可知，CO2在阴极得电子发生还原反应生成甲烷，电极反应式为：CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH-，故答案为：CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH-。