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^－

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^-。