问题 问答题

(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CH4CO2COH2
体积分数0.10.10.40.4
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      

答案

(共14分,每空2分)(1)①64    ②+1379.3 kJ·mol-1

(2)①温度超过250℃时,催化剂的催化效率降低 ②(扩体)减小压强或增大CO2的浓度 ③逆反应

(3)①    ②CO2+8e+6H2O=CH4+8OH

题目分析:(1)①     CO2(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 =0.1,解得X=4,所以K= =64;

②CH4(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

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;

④正反应是体积减小的可逆反应,降低压强、增大CO2的浓度,平衡正向移动,反应物转化率增大;

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,则此时=72>64,所以上述平衡向逆反应方向移动。

(2)①CO2的结构式为O=C=O,发生加聚反应得到

②原电池中负极失去电子,正极得到电子,因此CO2在正极发生还原反应转化为甲烷,电极反应为:CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH-

单项选择题 A型题
名词解释