Question

(14 分)CO2和CH4是两种重要的温室气体，通过CH4和CO2反应制造更高价值化学品是目前的研究目标。

（1）250℃时，以镍合金为催化剂，向4 L密闭容器中通入6 mol CO2、6 mol CH4，发生如下反应：CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)。平衡体系中各组分体积分数如下表：

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=-890.3 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

反应CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g) 的△H＝ ；

③在不同温度下催化剂的催化效率与CO的生成速率如右图所示。t1～t2℃时，温度升高而CO的生成速率降低的原因是 ；

（?代表CO的生成速率，■代表催化剂的催化效率）

④为了提高该反应中CH4的转化率，可以采取的措施是 ；

⑤若再向容器中同时充入2.0 mol CO2、6.0 mol CH4、4.0 molCO 和8.0 molH2，则上述平衡向 (填“正反应”或“逆反应”)方向移动。

（2）以CO2为原料可以合成多种物质。

①可降解二氧化碳聚合物是由CO2加聚而成，写出其结构简式： ；

②以氢氧化钾水溶液作电解质进行电解，CO2在铜电极上可转化为甲烷，该电极反应方程式为 。

 

Answer 1

（共14分，每空2分）（1）①64 ②+1379.3 kJ·mol－1

（2）①温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低 ②（扩体）减小压强或增大CO2的浓度 ③逆反应

（3）① ②CO2+8e－+6H2O＝CH4+8OH－

【解析】

试题分析：（1）① CO2（g）+CH4（g）2CO（g）+2H2（g）

起始（mol）   6     6        0    0

反应（mol）   X    X        2X    2X

平衡（mol）  6-X    6-X       2X    2X

由CH4的体积分数为0.1，则 =0.1，解得X=4，所以K= =64；

②CH4（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

根据盖斯定律，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；

③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；

④正反应是体积减小的可逆反应，降低压强、增大CO2的浓度，平衡正向移动，反应物转化率增大；

⑤若再向容器中同时充入2.0 mol CO2、6.0 mol CH4、4.0 molCO 和8.0 molH2，则此时＝72＞64，所以上述平衡向逆反应方向移动。

（2）①CO2的结构式为O＝C＝O，发生加聚反应得到；

②原电池中负极失去电子，正极得到电子，因此CO2在正极发生还原反应转化为甲烷，电极反应为：CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH-。

考点：考查化学反应常数、化学平衡以及原电池原理的运用