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 =_____________kJ·mol^－1

（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）Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂ ；

①如果寻找吸收CO₂的其他物质，下列建议不合理的是______

a.可在具有强氧化性的物质中寻找

b.可在碱性氧化物中寻找

c.可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找

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）高温电解技术能高效实现下列反应：CO₂+H₂O CO+H₂+O₂，其可将释放的CO₂转化为具有工业利用价值的产品。工作原理示意图如下：

CO₂在电极a放电的电极反应式是______________

Answer

64 +247.3 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 a CO2 + Li4SiO4 Li2CO3 + Li2SiO3 CO2 + 2e- =CO+O2 -

【解析】

(1)建立三步走思维：

x = 4

①此温度下该反应的平衡常数

故答案为64；

②已知：①CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g) △H =890.3 kJ·mol－1

②CO(g)＋H2O (g)＝CO2(g)＋H2 (g) △H =+2.8 kJ·mol－1

③2CO(g)＋O2(g)＝2CO2(g) △H =566.0 kJ·mol－1

将①＋②×2 - ③×2，反应CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g) 的△H =+247.3 kJ·mol－1

故答案为+247.3；

⑵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。

①250～300℃时，根据图中信息知道高于250℃时，催化剂的催化效率降低，因此温度升高而乙酸的生成速率降低，故答案为温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低；

②为了提高该反应中CH4的转化率，可以采取的措施是增大压强或者增加二氧化碳的浓度，

故答案为增大反应压强或增大CO2的浓度；

⑶Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2 ；

①a选项，可在具有强氧化性的物质中寻找，强氧化性的物质不与二氧化碳反应，故a不合理；

b选项，碱性氧化物与二氧化碳反应，故b合理；

c选项，可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物主要是碱性氧化物，与二氧化碳反应，故c合理；

综上所述，答案为a；

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，根据质量守恒，另一中生成物为Li2SiO3，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CO2 + Li4SiO4 Li2CO3 + Li2SiO3，

故答案为CO2 + Li4SiO4 Li2CO3 + Li2SiO3；

⑷根据分析CO2在电极a放电变为CO，化合价降低，得到电子，因此其电极反应式是CO2 + 2e－=CO+O2－，

故答案为CO2 + 2e－=CO+O2－。