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）在密闭容器中通入物质的量浓度均0.1mol?L^-1的CH与CO₂，以镍合金为催化剂，在一定条件下发生反应：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．测得CH₄平衡转化率与温度及压强的关系如图所示，回答下列问题：

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
反应CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）的△H=

 

（用△H₁△H₂△H₃表示）．
②图中压强p₁、P₂、P₃、P₄从小到大的顺序为

 

，压强为P₄时，在Y点：v（正）

 

v（逆）（填“大于”“等于”、或“小于”）
③通过图中的数据，在1100°C该反应的平衡常数为

 

．（保留两位小数）
（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右图所示．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将Cu₂Al₂O₄溶解在稀硝酸中的离子方程式为

 

．
（3）以CO₂为原料可以合成多种物质．
①聚碳酸酯是一种易降解的新型合成材料，它是由缩聚而成．写出聚碳酸酯的结构简式：

 

．
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：热化学方程式,化学平衡的影响因素,化学平衡的计算

专题：

分析：（1）①根据盖斯定律结合已知热化学方程式来解答；
②由图可知，温度一定时，甲烷的转化率α（P₁）＞α（P₂）＞α（P₃）＞α（P₄），据此结合方程式判断压强对平衡移动的影响进行解答；由图可知，压强为P₄、1100℃的条件下，到达平衡X点时甲烷的转化率为80%，Y点甲烷的转化率小于80%，反应向正反应进行，据此判断；
③利用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，代入平衡常数表达式计算该温度下的平衡常数；
（2）①根据温度对催化剂活性的影响；
②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；
③先将Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O?Al₂O₃，再根据氧化物与酸反应生成离子方程式，需要注意的是一价铜具有还原性；
（3）①根据加聚反应的特征来解答；
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）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
根据盖斯定律，由I+II×2-III×2得，CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H=△H₁+2△H₂-2△H₃，
故答案为：△H₁+2△H₂-2△H₃；
②由图可知，温度一定时，甲烷的转化率α（P₁）＞α（P₂）＞α（P₃）＞α（P₄），该反应正反应是气体体积增大的反应，增大压强平衡向逆反应进行，甲烷的转化率降低，故压强P₄＞P₃＞P₂＞P₁，由图可知，压强为P₄、1100℃的条件下，到达平衡X点时甲烷的转化率为80%，Y点甲烷的转化率小于80%，反应向正反应进行，故在Y点：v（正）＞v（逆），
故答案为：P₄＞P₃＞P₂＞P₁；大于；
③由图可知，压强为P₄、1100℃的条件下，该反应5min时达到平衡X点，是甲烷的转化率为80%，甲烷的浓度变化量为0.1mol/L×80%=0.08mol/L，
             CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g），
开始（mol/L）：0.1      0.1      0        0
变化（mol/L）：0.08     0.08     0.16     0.16 
平衡（mol/L）：0.02     0.02     0.16     0.16
该温度下平衡常数k=

0.162×0.162

0.02×0.02

=1.64
故答案为：1.64；
（2）①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；
②增大反应压强、增大CO₂的浓度，平衡正向移动，反应物转化率增大，
故答案为：增大反应压强、增大CO₂的浓度；
③Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O?Al₂O₃，与酸反应生成离子方程式：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O，
故答案为：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O；
（3）①CO₂发生加聚反应得到，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、化学平衡图象、影响化学平衡的因素以及原电池原理的运用，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．