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(jià)值化學(xué)品是目前的研究目標(biāo)。

（1）250℃時(shí)，以鎳合金為催化劑，向4 L密閉容器中通入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＝______________；

③在不同溫度下催化劑的催化效率與CO的生成速率如右圖所示。t1～t2℃時(shí)，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(yīng)中CH4的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是_____________________；

⑤若再向容器中同時(shí)充入2.0 mol CO2、6.0 mol CH4、4.0 molCO 和8.0 molH2，則上述平衡向__________(填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”)方向移動(dòng)。

（2）以CO2為原料可以合成多種物質(zhì)。

①可降解二氧化碳聚合物是由CO2加聚而成，寫出其結(jié)構(gòu)簡式：_____________；

②以氫氧化鉀水溶液作電解質(zhì)進(jìn)行電解，CO2在銅電極上可轉(zhuǎn)化為甲烷，該電極反應(yīng)方程式為______。

Answer 1

【答案】64 +1379.3 kJ·mol－1 溫度超過250℃時(shí)，催化劑的催化效率降低 減小壓強(qiáng)或增大CO2的濃度 逆反應(yīng) CO2+8e－+6H2O＝CH4+8OH－

【解析】

（1）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)，由平衡體系中各組分體積分?jǐn)?shù)可計(jì)算各物質(zhì)的平衡濃度，設(shè)平衡時(shí)CO2的消耗濃度是x，則甲烷的消耗濃度也是x，CO、H2的平衡濃度則為2x，所以有

根據(jù)題意可得2x/(3+2x)=0.4，解得x=1，所以CO2、CH4、CO、H2的平衡濃度分別是0.5mol/L、0.5mol/L、2mol/L、2mol/L，所以該溫度下的平衡常數(shù)K==64；

②已知：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H=-890.3kJmol-1ⅰ

CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=2.8kJmol-1ⅱ

2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-566.0kJmol-1ⅲ

根據(jù)蓋斯定律，由ⅰ+ⅱ×2-�！�2得，CO2（g）+CH4（g）2CO（g）+2H2（g）△H=-890.3kJmol-1+2.8kJmol-1×2+566.0kJmol-1×2=+247.3 kJmol-1；

③由圖可知，t1～t2℃時(shí)，溫度升高，催化劑的催化效率降低，所以溫度升高乙酸的生成速率降低；

④正反應(yīng)體積增大，則減小反應(yīng)壓強(qiáng)、增大CO2的濃度，平衡正向移動(dòng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大；

⑤同時(shí)充入2.0mol CO2、6.0mol CH4、4.0mol CO和8.0mol H2，則各物質(zhì)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，所以化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；

（2）①CO2分子內(nèi)含有碳氧雙鍵，根據(jù)加聚反應(yīng)特點(diǎn)，生成高聚物結(jié)構(gòu)簡式為：；

②根據(jù)題意，CO2轉(zhuǎn)化為甲烷，C元素化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)，結(jié)合電解質(zhì)溶液得電極反應(yīng)為：CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH-。