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 � 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

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_____________________________________________

【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+O^2-

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+O^2-；

【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

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