Question

16．CO₂和CH₄是两种重要的温室气体，通过化学反应可以将它们转化为其他物质．
（1）已知：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-802.0kJ•mol^-1
CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-41.2kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₃=-566.0kJ•mol^-1
反应CO₂（g）+CH₄（g）=2CO（g）+2H₂（g）的△H=+247.6kJ•mol^-1．
（2）在一定条件下，CH₄和CO₂以镍合金为催化剂，发生反应：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g），其平衡常数与温度的关系如下表：

温度/℃	200℃	250℃	300℃
平衡常数/（mol•L-1）2	K1	K2	80

①该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{{c}^{2}（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}{c（C{O}_{2}）c（C{H}_{4}）}$．
②k₁、K₂的关系是K₁＜K₂．（填写“＞”、“＜”或“=”）
（3）以二氧化钛表面覆盖Cu₂Al₂O₄为催化剂，可以将CO₂和CH₄直接转化成乙酸．
①催化剂的催化效率与乙酸的生成速率随温度的变化关系如图所示．250～300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低．
②为了提高该反应中CH₄的转化率，可以采取的措施是增大反应压强、增大CO₂的浓度．
③将Cu₂Al₂O₄溶解在稀硝酸中的离子方程式为3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O．
（4）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，该电极反应式为CO₂+8e^-+6H₂O=CH₄+8OH^-．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律①+②×2-③×2得热化学方程式；
（2）①平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积；
②根据温度对平衡常数的影响判断；
（3）①根据温度对催化剂活性的影响；
②根据外界条件对化学平衡的影响，平衡正向移动，反应物转化率增大；
③先将Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O•Al₂O₃，再根据氧化物与酸反应生成离子方程式，需要注意的是一价铜具有还原性；
（4）根据原电池原理，CO₂在正极发生还原反应转化为甲烷，注意电解质溶液为碱性．

解答 解：（1）CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-802.0kJ•mol^-1 ①
CO（g）+H₂O （g）=CO₂（g）+H₂ （g）△H=-41.2kJ•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=+247.6 kJ•mol^-1，
故答案为：+247.6；
（2）①平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g），反应的平衡常数表达式为：K=$\frac{{c}^{2}（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}{c（C{O}_{2}）c（C{H}_{4}）}$；
故答案为：$\frac{{c}^{2}（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}{c（C{O}_{2}）c（C{H}_{4}）}$；
②根据（1）中计算结果可知，该反应为吸热反应，所以升高温度平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，所以K₁＜K₂，
故答案为：＜；
（3）①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，
故答案：温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低；
②增大反应压强、增大CO₂的浓度，平衡正向移动，反应物转化率增大，
故答案为：增大反应压强、增大CO₂的浓度；
③Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O•Al₂O₃，与酸反应生成离子方程式：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O，
故答案为：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O；
（4）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^-，
故答案为：CO₂+8e^-+6H₂O=CH₄+8OH^-．

点评 本题主要考查了CO₂的综合利用，涉及热化学反应、电化学、化学平衡常数的表达及影响因素等，较为综合，题目难度中等．