Question

（14 分）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4L密闭容器中通入6mol CO₂、6mol 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=-890.3kJ?mol^-1
CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂ （g）△H=2.8kJ?mol^-1
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
反应CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g） 的△H=

 

；
③在不同温度下催化剂的催化效率与CO的生成速率如图所示．t₁～t₂℃时，温度升高而CO的生成速率降低的原因是

 

；（△代表CO的生成速率，■代表催化剂的催化效率）
 ④为了提高该反应中CH₄的转化率，可以采取的措施是

 

；
⑤若再向容器中同时充入2.0mol CO₂、6.0mol CH₄、4.0mol CO和8.0mol H₂，则上述平衡向

 

（填“正反应”或“逆反应”）方向移动．
（2）以CO₂为原料可以合成多种物质．
①可降解二氧化碳聚合物是由CO₂加聚而成，写出其结构简式：

 

；
②以氢氧化钾水溶液作电解质进行电解，CO₂在铜电极上可转化为甲烷，该电极反应方程式为

 

．

Answer 1

考点：用化学平衡常数进行计算,热化学方程式,化学平衡的影响因素,电解原理

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）①先利用三段法求出各物质的物质的量，然后再根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积；
②根据盖斯定律结合已知热化学方程式来解答；
③根据温度对催化剂活性的影响；
④根据外界条件对化学平衡的影响，平衡正向移动，反应物转化率增大；
⑤比较体系的浓度商与化学平衡常数，判断化学平衡移动方向；
（2）①根据加聚反应特点写出结构简式；
②根据原电池原理，CO₂在正极发生还原反应转化为甲烷，注意电解质溶液为碱性．

解答： 解：（1）①CO₂（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

6-X

12+2X

=0.1，解得X=4，即平衡时浓度：c（CO₂）=0.5mol/L，c（CH₄）=0.5mol/L，c（CO）=2mol/L，c（H₂）=2mol/L，所以K=

c2(CO)?c2(H2)

c(CO2)?c(CH4)

=

22×22

0.5×0.5

=64，
故答案为：64； 
CH₄（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，
故答案为：+247.3 kJ?mol^-1；
③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，
故答案：温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低；
④减小反应压强、增大CO₂的浓度，平衡正向移动，反应物转化率增大，
故答案为：减小反应压强或增大CO₂的浓度；
⑤同时充入2.0mol CO₂、6.0mol CH₄、4.0mol CO和8.0mol H₂，则各物质浓度分别为：c（CO₂）=1mol/L，c（CH₄）=2mol/L，c（CO）=3mol/L，c（H₂）=4mol/L，浓度商为

42×32

1×2

=72＞64，即化学平衡向逆反应方向移动，
故答案为：逆反应；
（2）①CO₂分子内含有碳氧双键，根据加聚反应特点，生成高聚物结构简式为：，
故答案为：；
②CO₂在正极发生还原反应转化为甲烷，电极反应为：CO₂+8e^-+6H₂O=CH₄+8OH^-，故答案为：CO₂+8e^-+6H₂O=CH₄+8OH^-．

点评：本题主要考查了盖斯定律的应用、化学平衡常数、化学平衡移动以及电解池原理的运用，题目综合性强，注意信息中提高的条件及图象的分析是解答的关键，较好的考查学生综合应用知识的能力，题目难度中等．