Question

CO₂是引起“温室效应”的主要物质，CO₂的甲烷化可以实现其循环利用。

甲烷化过程中，可能发生如下反应:

I. CO₂ (g)+4H₂(g) CH₄(g)+2H₂O(g)     △H₁

II. CO₂ (g)+4H₂(g) CO(g)+2H₂O(g)     △H₂

已知反应II中相关的化学键键能数据如下:

化学键	H—H	C=O	CO	H—O
E/(kJ·mol^-1)	436	750	1076	463

由此计算△H₂=_________________。

(2)在常压、催化剂条件下，将CO₂ 和H₂ (体积比为1:4，总物质的量为m mol)置于密闭容器中，发生反应I和II。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)

①由图1和图2可知，△H₁___0(填“>”或“<”)，____________可影响催化剂的选择性。

②由图1可知CO₂的转化率呈现先升高后降低的变化趋势，其原因是________________________________。

③下列措施能提高CO₂平衡转化率的是__________(填标号)

A.提高原料气中H₂所占比例 B.适当增大压强 C.升高温度 D.增大催化剂的比表面积  E.前段加热，后段冷却

④350℃时，反应在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m、V表示)。

⑤550℃时，反应在t2时刻达到平衡，此时容器中H2O(g)的物质的量为__mol(用m表示)

(3)CO₂与NaOH溶液反应得到Na₂CO₃溶液。电解Na₂CO₃溶液的原理如图所示，阳极的电极反应式为______________________________________。

Answer

-66 kJ/mol < 温度 温度较低时，温度越高，速率越快，转化率逐渐增大；温度较高时，由于两反应均为放热反应，温度越高，平衡逆移，转化率越低(其它答案合理也可) ABE 625V2/m2 0.198m 4CO32-+2H2O-4e-==4HCO3-+O2↑

【解析】（1）反应热=反应物总键能−生成物总键能, △H2=(2×750+436)kJ⋅mol−1−（1076 kJ⋅mol−1+2×463 kJ⋅mol−1）= -66kJ/mol 答案为：-66kJ/mol

（2）①由图Ⅰ可知，反应Ⅰ达到平衡状态后，随温度升高二氧化碳平衡转化率减小，说明正反应为放热反应，故△H1<0；由图II可知，催化剂的选择性受到温度的影响。②CO2的转化率先增大是反应正向进行未达平衡状态，达到平衡状态后升高温度，由于反应I和II都是放热反应，平衡向逆反应方向移动，导致CO2的转化率降低。③A.提高原料气中H2所占比例，有利于平衡正向移动，增大CO2的转化率，A正确；B.适当增大压强，反应I正向移动，反应II无影响，可导致CO2的转化率增大，B正确；C. 反应I和II都是放热反应，升高温度平衡逆向移动，导致CO2的转化率减小，C错误；D.催化剂不影响平衡的移动，不影响CO2的转化率，D错误；E.前段加热，反应速率加快，有利于增大CO2的转化率，后段冷却平衡正向移动，CO2的转化率增大，E正确。

④根据图I 350℃时CO2的平衡转化率为0.8，三段式进行计算

CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)

初n 0.2m 0.8m 0 0

转化n 0.2m ×0.8 0.2m ×0.8×4 0.2m×0.8 0.2m ×0.8×2

平衡n 0.2m ×0.2 0.2m×0.8 0.2m ×0.8 0.2m ×1.6

代入求平衡常数K=[ 0.2m×0.8×（0.2m ×1.6）2×] /[ 0.2m ×0.2×(0.2m×0.8）4×]=625V2/m2

⑤根据图I可知550℃时CO2的平衡转化率为0.6，根据图II可知，转化的CO2有65%生成CH4，有35%生成CO，根据反应I. CO2 (g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)、II. CO2 (g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)这两个方程式可得：550℃时，达到平衡，此时容器中H2O(g)的物质的量为：0.2m ×0.6×65%×2+0.2m ×0.6×35%=0.198m。答案为：①< 、 温度②温度较低时，温度越高，速率越快，转化率逐渐增大；温度较高时，由于两反应均为放热反应，温度越高，平衡逆移，转化率越低(其它答案合理也可) ③ ABE ④ 625V2/m2 (单位可写可不写) ⑤0.198m

（3）阳极发生氧化反应，水中的氢氧根离子失去电子生成氢离子和氧气，氢离子与碳酸根离子结合生成碳酸氢根离子，电极反应式为4CO32-+2H2O-4e-==4HCO3-+O2↑答案为：4CO32-+2H2O-4e-==4HCO3-+O2↑