Question

【题目】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密闭容器中通入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＝______________；

③在不同温度下催化剂的催化效率与CO的生成速率如右图所示。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2.0 mol CO2、6.0 mol CH4、4.0 molCO 和8.0 molH2，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

【答案】64 +1379.3 kJ·mol－1 温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低 减小压强或增大CO2的浓度 逆反应 CO2+8e－+6H2O＝CH4+8OH－

【解析】

（1）①根据表中数据，由平衡体系中各组分体积分数可计算各物质的平衡浓度，设平衡时CO2的消耗浓度是x，则甲烷的消耗浓度也是x，CO、H2的平衡浓度则为2x，所以有

根据题意可得2x/(3+2x)=0.4，解得x=1，所以CO2、CH4、CO、H2的平衡浓度分别是0.5mol/L、0.5mol/L、2mol/L、2mol/L，所以该温度下的平衡常数K==64；

②已知：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H=-890.3kJmol-1ⅰ

CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=2.8kJmol-1ⅱ

2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-566.0kJmol-1ⅲ

根据盖斯定律，由ⅰ+ⅱ×2-ⅲ×2得，CO2（g）+CH4（g）2CO（g）+2H2（g）△H=-890.3kJmol-1+2.8kJmol-1×2+566.0kJmol-1×2=+247.3 kJmol-1；

③由图可知，t1～t2℃时，温度升高，催化剂的催化效率降低，所以温度升高乙酸的生成速率降低；

④正反应体积增大，则减小反应压强、增大CO2的浓度，平衡正向移动，甲烷的转化率增大；

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，所以化学平衡向逆反应方向移动；

（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：；

②根据题意，CO2转化为甲烷，C元素化合价降低，发生还原反应，结合电解质溶液得电极反应为：CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH-。