Question

（14 分）CO₂和CH₄是兩種重要的溫室氣體，通過CH₄和CO₂反應制造更高價值化學品是目前的研究目標．
（1）250℃時，以鎳合金為催化劑，向4L密閉容器中通入6mol CO₂、6mol CH₄，發(fā)生如下反應：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．平衡體系中各組分體積分數(shù)如下表：

物質	CH4	CO2	CO	H2
體積分數(shù)	0.1	0.1	0.4	0.4

①此溫度下該反應的平衡常數(shù)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
反應CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g） 的△H=

 

；
③在不同溫度下催化劑的催化效率與CO的生成速率如圖所示．t₁～t₂℃時，溫度升高而CO的生成速率降低的原因是

 

；（△代表CO的生成速率，■代表催化劑的催化效率）
 ④為了提高該反應中CH₄的轉化率，可以采取的措施是

 

；
⑤若再向容器中同時充入2.0mol CO₂、6.0mol CH₄、4.0mol CO和8.0mol H₂，則上述平衡向

 

（填“正反應”或“逆反應”）方向移動．
（2）以CO₂為原料可以合成多種物質．
①可降解二氧化碳聚合物是由CO₂加聚而成，寫出其結構簡式：

 

；
②以氫氧化鉀水溶液作電解質進行電解，CO₂在銅電極上可轉化為甲烷，該電極反應方程式為

 

．

Answer 1

考點：用化學平衡常數(shù)進行計算,熱化學方程式,化學平衡的影響因素,電解原理

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①先利用三段法求出各物質的物質的量，然后再根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積；
②根據(jù)蓋斯定律結合已知熱化學方程式來解答；
③根據(jù)溫度對催化劑活性的影響；
④根據(jù)外界條件對化學平衡的影響，平衡正向移動，反應物轉化率增大；
⑤比較體系的濃度商與化學平衡常數(shù)，判斷化學平衡移動方向；
（2）①根據(jù)加聚反應特點寫出結構簡式；
②根據(jù)原電池原理，CO₂在正極發(fā)生還原反應轉化為甲烷，注意電解質溶液為堿性．

解答： 解：（1）①CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．
起始（mol） 6        6        0       0
反應（mol） X        X        2X      2X
平衡（mol） 6-X     6-X       2X      2X
由CH₄的體積分數(shù)為0.1，則

6-X

12+2X

=0.1，解得X=4，即平衡時濃度：c（CO₂）=0.5mol/L，c（CH₄）=0.5mol/L，c（CO）=2mol/L，c（H₂）=2mol/L，所以K=

c2(CO)?c2(H2)

c(CO2)?c(CH4)

=

22×22

0.5×0.5

=64，
故答案為：64； 
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ?mol^-1    ①
  CO（g）+H₂O （g）=CO₂（g）+H₂ （g）△H=2.8kJ?mol^-1        ②
  2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1             ③
根據(jù)蓋斯定律，由①+②×2-③×2得，CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H=-890.3kJ?mol^-1+2.8kJ?mol^-1×2+566.0kJ?mol^-1×2=+247.3 kJ?mol^-1，
故答案為：+247.3 kJ?mol^-1；
③溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低，所以溫度升高而乙酸的生成速率降低，
故答案：溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低；
④減小反應壓強、增大CO₂的濃度，平衡正向移動，反應物轉化率增大，
故答案為：減小反應壓強或增大CO₂的濃度；
⑤同時充入2.0mol CO₂、6.0mol CH₄、4.0mol CO和8.0mol H₂，則各物質濃度分別為：c（CO₂）=1mol/L，c（CH₄）=2mol/L，c（CO）=3mol/L，c（H₂）=4mol/L，濃度商為

42×32

1×2

=72＞64，即化學平衡向逆反應方向移動，
故答案為：逆反應；
（2）①CO₂分子內含有碳氧雙鍵，根據(jù)加聚反應特點，生成高聚物結構簡式為：，
故答案為：；
②CO₂在正極發(fā)生還原反應轉化為甲烷，電極反應為：CO₂+8e^-+6H₂O=CH₄+8OH^-，故答案為：CO₂+8e^-+6H₂O=CH₄+8OH^-．

點評：本題主要考查了蓋斯定律的應用、化學平衡常數(shù)、化學平衡移動以及電解池原理的運用，題目綜合性強，注意信息中提高的條件及圖象的分析是解答的關鍵，較好的考查學生綜合應用知識的能力，題目難度中等．