Question

CO₂的排放会带来全球“温室”效应，因此，引起国际关注和研究，渴望21世纪 CO₂将作为新碳源被广泛使用。

(1)以  CO₂ 和  H₂ 为原料可得到  CH4 燃料。

已知：① CH₄ (g) + CO₂(g) = 2CO(g) + 2H₂(g)  △ H₁= + 247kJ·mol^-1

② CH₄ (g) + H₂O(g) = CO(g) + 3H₂(g)     △ H₂= + 205kJ·mol^-1

写出由 CO₂ 获得CH₄的热化学方程式：_____。   

(2)CO₂与CH₄经催化重整可制得合成气：CH₄(g)+CO₂(g) = CO(g)+2H₂(g) 按一定体积比加入CH₄和CO₂，在恒压下发生反应，温度对CO和H₂产率影响如图所示。此反应优选温度为900℃的原因是______________________。

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

① 催化剂的催化效率与乙酸的生成速率随温度的变化关系如上图所示。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________(写出两种) 。

③ 将Cu₂Al₂O₄溶解在稀硝酸中离子方程式是________________________。

(4)O₂辅助的Al—CO₂电池工作原理如上图所示。该电池电容量大，能有效利用CO₂，电池反应产物Al₂(C₂O₄)₃是重要的化工原料。电池的负极反应式：_______________________。电池的正极反应式：2CO₂+2e⁻= C₂O₄²⁻该过程中，O₂起催化作用，催化过程可表示为：i： 6 O₂ + 6e⁻ = 6 O₂⁻   ii: ……写出ii的离子方程式：______________________。

Answer

CO2(g)+ 4H2(g)  = CH4(g) + 2H2O(g) △H = -163 kJ/mo1 900 ℃时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低 温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低 增大体系压强、增大CO2的浓度 3Cu2Al2O4+32H++2NO3﹣=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O Al–3e–=Al3+(或2Al–6e–=2Al3+) 6CO2+6O2− = 3C2O42−+6O2

【解析】

（1）依据盖斯定律的应用分析作答；

（2）根据图中信息分析温度超过900℃后反应产率的增大并不明显，再结合经济效益作答；

（3）①温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低；

②提高该反应中CH4的转化率，即使反应平衡向正向移动，依据对反应平衡的影响因素作答；

③Cu2Al2O4拆成氧化物的形式：Cu2O•Al2O3，结合金属氧化物与酸的反应书写该反应的离子方程式；

（4）电池的负极为Al，所以反应一定是Al失电子，该电解质为氯化铝离子液体，所以Al失电子应转化为Al3+，据此书写电极反应式；依据题意可知，氧气为催化剂，在第一步被消耗，会在第二步生成，结合正极总反应2CO2+2e−= C2O42−作答。

（1）① CH4 (g) + CO2(g) = 2CO(g) + 2H2(g) △ H1= + 247kJ·mol-1

② CH4 (g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2(g) △ H2= + 205kJ·mol-1，则①-2×②可得CO2(g)+ 4H2(g)  = CH4(g) + 2H2O(g)，对应的反应热△H =△ H1 -2△ H2 = (+ 247kJ·mol-1)-2×(+ 205kJ·mol-1)=-163 kJ/mo1-1，

故答案为CO2(g)+ 4H2(g)  = CH4(g) + 2H2O(g) △H = -163 kJ/mo1；

（2）根据图3得到，900℃时反应产率已经比较高，温度再升高，反应产率的增大并不明显，而生产中的能耗和成本明显增大，经济效益会下降，所以选择900℃为反应最佳温度，

故答案为900 ℃时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低，

故答案为900 ℃时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低；

（3）①温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低，所以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、增大CO2的浓度，平衡正向移动，反应物转化率增大，

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，与酸反应生成离子方程式：3Cu2Al2O4+32H++2NO3-= 6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O，

故答案为3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++ 2NO↑+16H2O；

（4）电池的负极为Al，所以反应一定是Al失电子，该电解质为氯化铝离子液体，所以Al失电子应转化为Al3+，方程式为：Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）。根据电池的正极反应，氧气在第一步被消耗，又在第二步生成，所以氧气为正极反应的催化剂，因正极总反应为：2CO2+2e−= C2O42−，两式相减得到，另一步反应为6CO2+6O2− = 3C2O42−+6O2， ·

故答案为Al–3e–=Al3+(或2Al–6e–=2Al3+)；6CO2+6O2− = 3C2O42−+6O2；