Question

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=________________

（2）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在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如右图所示。250～300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是_____________________

②为了提高该反应中CH4的转化率，可以采取的措施是________________________

③将Cu2Al2O4溶解在稀硝酸中的离子方程式为___________________________

（3）Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2。①如果寻找吸收CO2的其他物质，下列建议合理的是______

a.可在碱性氧化物中寻找

b.可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找

c.可在具有强氧化性的物质中寻找

②Li2O吸收CO2后，产物用于合成Li4SiO4，Li4SiO4用于吸收、释放CO2。原理是：在500℃，CO2与Li4SiO4接触后生成Li2CO3；平衡后加热至700℃，反应逆向进行，放出CO2，Li4SiO4再生，说明该原理的化学方程式是___________________________

（4）利用反应A可将释放的CO2转化为具有工业利用价值的产品。

反应A：

高温电解技术能高效实现（3）中反应A，工作原理示意图如下：

CO2在电极a放电的反应式是_____________________________________________

Answer 1

【知识点】反应热的计算、化学平衡常数的含义、化学平衡的影响因素、电解原理

【答案解析】⑴①64     ②+247.3 kJ·mol－1  

⑵①温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低

②增大反应压强或增大CO2的浓度

③3Cu2Al2O4+32H++2NO3－=6Cu2++ 6Al3++2NO↑+16 H2O

（3）①ab  （1分）    ②CO2 + Li4SiO4  Li2CO3 + Li2SiO3

（4）CO2 + 2e- == CO+O2-

解析：（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(6-x)/(12+2x)=0.1，解得X=4，所以K=(22×22)/(0.5×0.5)=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=(-890.3+2.8×2+566.0×2) kJ•mol-1=+247.3 kJ•mol-1；

（2）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；

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；
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；

（3）①a．Li2O、Na2O、MgO均属于碱性氧化物，均能吸收酸性氧化物CO2，可在碱性氧化物中寻找吸收CO2的其他物质，故a正确；
b．Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2，钠、镁、铝为ⅠA、ⅡA族元素，所以可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找吸收CO2的其他物质，故b正确；
c．Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2，但它们都没有强氧化性，且吸收二氧化碳与氧化还原无关，故c错误；   故答案为：ab；

②在500℃，CO2与Li4SiO4接触后生成Li2CO3，反应物为CO2与Li4SiO4，生成物有Li2CO3，根据质量守恒可知产物还有Li2SiO3，所以化学方程式为CO2 + Li4SiO4  Li2CO3 + Li2SiO3；

（4）二氧化碳在a极得到电子发生还原反应生成一氧化碳同时生成氧离子，反应电极反应式为：CO2+2e-═CO+O2-；

【思路点拨】本题主要考查了综合利用CO2，涉及热化学反应、电化学、化学平衡影响因素等，较为综合，题目难度中等．