Question

CO₂和CH₄是兩種重要的溫室氣體，通過CH₄和CO₂反應(yīng)制造更高價值化學(xué)品是目前的研究目標(biāo)．
（1）在密閉容器中通入物質(zhì)的量濃度均0.1mol?L^-1的CH與CO₂，以鎳合金為催化劑，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．測得CH₄平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示，回答下列問題：

①已知：Ⅰ．CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁
Ⅱ．CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₂
Ⅲ．2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₃
反應(yīng)CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）的△H=

 

（用△H₁△H₂△H₃表示）．
②圖中壓強(qiáng)p₁、P₂、P₃、P₄從小到大的順序為

 

，壓強(qiáng)為P₄時，在Y點(diǎn)：v（正）

 

v（逆）（填“大于”“等于”、或“小于”）
③通過圖中的數(shù)據(jù)，在1100°C該反應(yīng)的平衡常數(shù)為

 

．（保留兩位小數(shù)）
（2）以二氧化鈦表面覆蓋Cu₂Al₂O₄為催化劑，可以將CO₂和CH₄直接轉(zhuǎn)化成乙酸．
①在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如右圖所示．250～300℃時，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是

 

．

②為了提高該反應(yīng)中CH₄的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是

 

．
③將Cu₂Al₂O₄溶解在稀硝酸中的離子方程式為

 

．
（3）以CO₂為原料可以合成多種物質(zhì)．
①聚碳酸酯是一種易降解的新型合成材料，它是由縮聚而成．寫出聚碳酸酯的結(jié)構(gòu)簡式：

 

．
②以氫氧化鉀水溶液作電解質(zhì)進(jìn)行電解，CO₂在銅電極上可轉(zhuǎn)化為甲烷，該電極反應(yīng)方程式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡的計算

專題：

分析：（1）①根據(jù)蓋斯定律結(jié)合已知熱化學(xué)方程式來解答；
②由圖可知，溫度一定時，甲烷的轉(zhuǎn)化率α（P₁）＞α（P₂）＞α（P₃）＞α（P₄），據(jù)此結(jié)合方程式判斷壓強(qiáng)對平衡移動的影響進(jìn)行解答；由圖可知，壓強(qiáng)為P₄、1100℃的條件下，到達(dá)平衡X點(diǎn)時甲烷的轉(zhuǎn)化率為80%，Y點(diǎn)甲烷的轉(zhuǎn)化率小于80%，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，據(jù)此判斷；
③利用三段式計算平衡時各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計算該溫度下的平衡常數(shù)；
（2）①根據(jù)溫度對催化劑活性的影響；
②根據(jù)外界條件對化學(xué)平衡的影響，平衡正向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大；
③先將Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O?Al₂O₃，再根據(jù)氧化物與酸反應(yīng)生成離子方程式，需要注意的是一價銅具有還原性；
（3）①根據(jù)加聚反應(yīng)的特征來解答；
②根據(jù)原電池原理，CO₂在正極發(fā)生還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為甲烷，注意電解質(zhì)溶液為堿性．

解答： 解：（1）①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁
Ⅱ．CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₂
Ⅲ．2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₃
根據(jù)蓋斯定律，由I+II×2-III×2得，CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H=△H₁+2△H₂-2△H₃，
故答案為：△H₁+2△H₂-2△H₃；
②由圖可知，溫度一定時，甲烷的轉(zhuǎn)化率α（P₁）＞α（P₂）＞α（P₃）＞α（P₄），該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，甲烷的轉(zhuǎn)化率降低，故壓強(qiáng)P₄＞P₃＞P₂＞P₁，由圖可知，壓強(qiáng)為P₄、1100℃的條件下，到達(dá)平衡X點(diǎn)時甲烷的轉(zhuǎn)化率為80%，Y點(diǎn)甲烷的轉(zhuǎn)化率小于80%，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，故在Y點(diǎn)：v（正）＞v（逆），
故答案為：P₄＞P₃＞P₂＞P₁；大于；
③由圖可知，壓強(qiáng)為P₄、1100℃的條件下，該反應(yīng)5min時達(dá)到平衡X點(diǎn)，是甲烷的轉(zhuǎn)化率為80%，甲烷的濃度變化量為0.1mol/L×80%=0.08mol/L，
             CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g），
開始（mol/L）：0.1      0.1      0        0
變化（mol/L）：0.08     0.08     0.16     0.16 
平衡（mol/L）：0.02     0.02     0.16     0.16
該溫度下平衡常數(shù)k=

0.162×0.162

0.02×0.02

=1.64
故答案為：1.64；
（2）①溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低，所以溫度升高而乙酸的生成速率降低，
故答案：溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低；
②增大反應(yīng)壓強(qiáng)、增大CO₂的濃度，平衡正向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大，
故答案為：增大反應(yīng)壓強(qiáng)、增大CO₂的濃度；
③Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O?Al₂O₃，與酸反應(yīng)生成離子方程式：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O，
故答案為：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O；
（3）①CO₂發(fā)生加聚反應(yīng)得到，故答案為：；
②CO₂在正極發(fā)生還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為甲烷，電極反應(yīng)為：CO₂+8e^-+6H₂O=CH₄+8OH^-，
故答案為：CO₂+8e^-+6H₂O=CH₄+8OH^-．

點(diǎn)評：本題主要考查了蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡圖象、影響化學(xué)平衡的因素以及原電池原理的運(yùn)用，題目綜合性強(qiáng)，注意信息中提高的條件及圖象的分析是解答的關(guān)鍵，較好的考查學(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力，題目難度中等．