Question

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：

⑴已知：2Al₂O₃(s)=4Al(g)+3O₂(g)   △H₁=3351 kJ·mol^-1

2C(s)+O₂(g)=2CO(g)   △H₂=-221 kJ·mol^-1

2Al(g) + N₂(g)=2AlN(s)   △H₃=-318 kJ·mol^-1

碳热还原Al₂O₃合成AlN的总热化学方程式是_____，该反应自发进行的条件____________。

(2)在常压，Ru/TiO₂催化下，CO₂和H₂混合气体(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I   CO₂(g)+4H₂(g)CH₄(g)+2H₂O(g)   △H₁

反应II   CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)   △H₂

①下列说法不正确的是_____

A. △H₁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。________

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

3C(s)+Al2O3(s)+N2(g)=2AlN(s)+3CO(g) △H=1026kJmol 高温自发 AD 625V2/a2 CO32-+8e-+7H2O=CH4+10OH-

【解析】⑴已知：①2Al2O3(s)=4Al(g)+3O2(g) △H1=+3351 kJ·mol-1，②2C(s)+O2(g)=2CO(g) △H2=-221 kJ·mol-1，③2Al(g) + N2(g)=2AlN(s) △H3=-318 kJ·mol-1，根据盖斯定律①/2+②×3/2+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) △H=+1026kJmol。正反应是吸热的熵变增加的反应，因此该反应自发进行的条件高温。(2)①A. 根据图像可知CO2平衡转化率随温度升高先增大后减少，升高温度转化率升高，正反应是吸热反应，△H1大于零。后来降低，根据图2 可知是由于选择性造成的，A错误；B.根据图2可判断温度可影响产物的选择性，B正确；C.根据图像可知CO2平衡转化率随温度升高先增大后减少，C正确；D.其他条件不变，增大氢气的浓度可提高CO2转化率，D错误，答案选AD。②350℃时，反应I在t1时刻达到平衡，平衡时容器体积为VL，此时CO此时，则

CO2(g)+4H2(g) CH4(g) + 2H2O(g)

起始量（mol） 0.2a 0.8a 0 0

转化量（mol） 0.16a 0.64a 0.16a 0.32a

平衡量（mol） 0.04a 0.16a 0.16a 0.32a

该温度下反应I的平衡常数为=625V2/a2。

③根据图1可知400℃下时CO2转化率降低，生成的甲烷减少，则0～t1时刻CH4物质的量随时间的变化曲线为；CO2可以在碱性水溶液中电解生成甲烷，反应中碳元素化合价降低，在阴极生成甲烷，电极反应式是CO32-+8e-+7H2O=CH4+10OH-。