Question

【题目】以氧化铝为原料，通过碳热还原法可合成氮化铝（AlN）；通过电解法可制取铝．电解铝时阳极产生的CO2可通过二氧化碳甲烷化再利用．

请回答：

（1）已知：2Al2O3（s）═4Al（g）+3O2（g）△H1=3351KJmol﹣1

2C（s）+O2（g）═2CO（g）△H2=﹣221KJmol﹣1

2Al（g）+N2（g）═2AlN（s）△H3=﹣318KJmol﹣1

碳热还原Al2O3合成AlN的总热化学方程式是___________________________。

（2）在常压、Ru/TiO2催化下，CO2和H2混和气体（体积比1：4，总物质的量a mol）进行反应，测得CO2转化率、CH4和CO选择性随温度变化情况分别如图1和图2所示（选择性：转化的CO2中生成CH4或CO的百分比）．

反应ⅠCO2（g）+4H2（g）CH4（g）+2H2O（g）△H4

反应ⅡCO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H5

①下列说法不正确的是_______

A．△H4小于零

B．温度可影响产物的选择性

C．CO2平衡转化率随温度升高先增大后减少

D．其他条件不变，将CO2和H2的初始体积比改变为1：3，可提高CO2平衡转化率

②350℃时，反应Ⅰ在t1时刻达到平衡，平衡时容器体积为VL该温度下反应Ⅰ的平衡常数为______（用a、V表示）

③350℃下CH4物质的量随时间的变化曲线如图3所示．画出400℃下0～t1时刻CH4物质的量随时间的变化曲线_______．

（3）据文献报道，CO2可以在碱性水溶液中电解生成甲烷，生成甲烷的电极反应式是_______．

Answer 1

【答案】 3C（s）+Al2O3（s）+N2（g）=2AlN（s）+3CO（g）△H=+1026KJ/mol/L CD CO2+6H2O+8e﹣═CH4+8OH﹣

【解析】(1)已知：①2Al2O3(s)===4Al(g)＋3O2(g)　ΔH1＝3 351 kJ·mol－1，②2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH2＝－221 kJ·mol－1，③2Al(g)＋N2(g)===2AlN(s)　ΔH3＝－318 kJ·mol－1，根据盖斯定律①×＋②×＋③即得到碳热还原Al2O3合成AlN的总热化学方程式是3C(s)＋Al2O3(s)＋N2(g)===2AlN(s)＋3CO(g)　ΔH＝ΔH1×＋ΔH2×＋ΔH3=+1026 kJ·mol－1；

（2）①A、图1中，二氧化碳转化率先增大是反应正向进行，到一定温度达到平衡状态，升温平衡逆向移动，二氧化碳的转化率承温度升高而减小，说明正反应为放热反应，ΔH4＜0，选项A正确；B、图2分析可知，图中曲线变化趋势随温度升高到400℃以上，CH4和CO选择性受温度影响，甲烷减少，一氧化碳增多，温度可影响产物的选择性，选项B正确；C、二氧化碳转化率先增大是反应正向进行未达到平衡状态，达到平衡状态后随温度升高二氧化碳转化率减小，选项C错误；D、CO2和H2混和气体（体积比1：4，总物质的量a mol）进行反应，将CO2和H2的初始体积比改变为1：3，二氧化碳的转化率减小，选项D错误。答案选CD；②在常压、Ru/TiO2催化下，CO2和H2混和气体（体积比1：4，总物质的量a mol）进行反应，350℃时，反应Ⅰ在t1时刻达到平衡，平衡时容器体积为VL，二氧化碳的转化率为80%， CO2（g）+4H2（g）CH4（g）+2H2O（g）

起始量(mol) 0.2a 0.8a 0 0

变化量(mol) 0.16a 0.64a 0.16a 0.32a

平衡量(mol) 0.04a 0.16a 0.16a 0.32a

反应Ⅰ的平衡常数K==；③反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，二氧化碳的转化率减小，由图分析可知，接近72.5%，甲烷的物质的量减小，小于350℃时甲烷的物质的量，达到平衡所需要时间缩短

CO2（g）+4H2（g）CH4（g）+2H2O（g）

起始量(mol) 0.2a 0.8a 0 0

变化量(mol) 0.145a 0.58a 0.145a 0.29a

平衡量(mol) 0.055a 0.22a 0.145a 0.29a

画出图象，达到平衡状态甲烷0.145amol，升高温度加快反应速率，达到平衡所需要时间缩短，得到图象为：；（3）CO2可以在碱性水溶液中电解生成甲烷，结合电荷守恒和原子守恒配平可行，生成甲烷的电极反应式为：CO2+6H2O+8e﹣═CH4+8OH﹣。