Question

【題目】CO2和CH4是兩種重要的溫室氣體，通過CH4和CO2反應(yīng)制造更高價值化學(xué)品是目前的研究目標(biāo)。

（1）250℃時，以鎳合金為催化劑，向4 L容器中通入6 mol CO2、6 mol CH4，發(fā)生如下反應(yīng)：CO2 (g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g)。平衡體系中各組分體積分?jǐn)?shù)如下表：

物質(zhì)	CH4	CO2	CO	H2
體積分?jǐn)?shù)	0.1	0.1	0.4	0.4

①此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)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

反應(yīng)CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g) 的△H =_____________kJ·mol－1

（2）以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉(zhuǎn)化成乙酸。

①在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖所示。250～300℃時，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是______。

②為了提高該反應(yīng)中CH4的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是________。

（3）Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2 ；

①如果尋找吸收CO2的其他物質(zhì)，下列建議不合理的是______

a.可在具有強(qiáng)氧化性的物質(zhì)中尋找

b.可在堿性氧化物中尋找

c.可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中尋找

②Li2O吸收CO2后，產(chǎn)物用于合成Li4SiO4，Li4SiO4用于吸收、釋放CO2 ，原理是：在500℃，CO2與Li4SiO4接觸后生成Li2CO3；平衡后加熱至700℃，反應(yīng)逆向進(jìn)行，放出CO2，Li4SiO4再生，說明該原理的化學(xué)方程式是_____________。

（4）高溫電解技術(shù)能高效實現(xiàn)下列反應(yīng)：CO2+H2O CO+H2+O2，其可將釋放的CO2轉(zhuǎn)化為具有工業(yè)利用價值的產(chǎn)品。工作原理示意圖如下：

CO2在電極a放電的電極反應(yīng)式是______________

Answer 1

【答案】64 +247.3 溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低 增大反應(yīng)壓強(qiáng)或增大CO2的濃度 a CO2 + Li4SiO4 Li2CO3 + Li2SiO3 CO2 + 2e- =CO+O2 -

【解析】

(1)建立三步走思維：

x = 4

①此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)

故答案為64；

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

②CO(g)＋H2O (g)＝CO2(g)＋H2 (g) △H =+2.8 kJ·mol－1

③2CO(g)＋O2(g)＝2CO2(g) △H =566.0 kJ·mol－1

將①＋②×2 - ③×2，反應(yīng)CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g) 的△H =+247.3 kJ·mol－1

故答案為+247.3；

⑵以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉(zhuǎn)化成乙酸。

①250～300℃時，根據(jù)圖中信息知道高于250℃時，催化劑的催化效率降低，因此溫度升高而乙酸的生成速率降低，故答案為溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低；

②為了提高該反應(yīng)中CH4的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是增大壓強(qiáng)或者增加二氧化碳的濃度，

故答案為增大反應(yīng)壓強(qiáng)或增大CO2的濃度；

⑶Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2 ；

①a選項，可在具有強(qiáng)氧化性的物質(zhì)中尋找，強(qiáng)氧化性的物質(zhì)不與二氧化碳反應(yīng)，故a不合理；

b選項，堿性氧化物與二氧化碳反應(yīng)，故b合理；

c選項，可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物主要是堿性氧化物，與二氧化碳反應(yīng)，故c合理；

綜上所述，答案為a；

②Li2O吸收CO2后，產(chǎn)物用于合成Li4SiO4，Li4SiO4用于吸收、釋放CO2 ，原理是：在500℃，CO2與Li4SiO4接觸后生成Li2CO3，根據(jù)質(zhì)量守恒，另一中生成物為Li2SiO3，平衡后加熱至700℃，反應(yīng)逆向進(jìn)行，放出CO2，Li4SiO4再生，說明該原理的化學(xué)方程式是CO2 + Li4SiO4 Li2CO3 + Li2SiO3，

故答案為CO2 + Li4SiO4 Li2CO3 + Li2SiO3；

⑷根據(jù)分析CO2在電極a放電變?yōu)?/span>CO，化合價降低，得到電子，因此其電極反應(yīng)式是CO2 + 2e－=CO+O2－，

故答案為CO2 + 2e－=CO+O2－。