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)  ΔH＝－890.3 kJ·mol^－1

CO(g)＋H₂O (g)===CO₂(g)＋H₂ (g)  ＝2.8 kJ·mol^－1

2CO(g)＋O₂(g)===2CO₂(g)   ＝－566.0 kJ·mol^－1

反应CO₂(g)＋CH₄(g) 2CO(g)＋2H₂(g) 的ΔH＝_____________。

(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下图所示。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)①Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂。如果寻找吸收CO₂的其他物质，下列建议合理的是________(填字母)。

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：CO₂＋H₂OCO＋H₂＋O₂

高温电解技术能高效实现反应A，工作原理示意图如下：

CO₂在电极a放电的反应式是________________________________________________。

Answer

64 247.3 kJ·mol－1 温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低 增大反应压强或增大CO2的浓度 3Cu2Al2O4＋32H＋＋2NO===6Cu2＋＋ 6Al3＋＋2NO↑＋16H2O ab CO2 ＋ Li4SiO4Li2CO3 ＋ Li2SiO3 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=0.1，解得X=4，所以①K==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=-890.3kJ•mol-1+2.8kJ•mol-1×2+566.0kJ•mol-1×2=+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-。

点睛：使用盖斯定律时要注意以下几个问题：①热化学方程式可以进行方向改变，方向改变时，反应热数值不变，符号相反； ②热化学方程式中物质的化学计量数和反应热可以同时改变倍数；③热化学方程式可以叠加，叠加时，物质和反应热同时叠加；④当对反应进行逆向时，反应热数值不变，符号相反。