Question

【题目】对温室气体CO2进行减排和综合治理具有重要意义。回答下列问题：

Ⅰ. O2辅助的Al～CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。

（1）电池的负极反应式：______________________________________________ 。电池的正极反应式：6O2+6e6O2 ；6CO2+6O23C2O42 + 6O2

（2）反应过程中O2的作用是________。

（3）该电池的总反应式：_________________________________。

Ⅱ. CH4-CO2催化重整不仅对温室气体的减排具有重要意义，还可以得到合成气（CO和H2）。

已知：①CH4(g)＋H2O(g)＝CO(g)＋3H2(g) ΔH1 ＝+206.2 kJ/mol K1

②CH4(g)＋2H2O(g)＝CO2(g)＋4H2(g) ΔH2 = +165.0 kJ/mol K2

（4）写出该催化重整反应的热化学方程式__________________________________________。

K=_________(用 K1 、K2表示）

（5）恒温恒压下，向容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应，此时体积为2 L，一段时间后达到平衡时，CO2的转化率是50%，其平衡常数为_______。

（6）分别在VL恒温密闭容器A（恒容）、B（恒压，容积可变）中，加入CH4和CO2各1 mol的混合气体让其发生催化重整反应。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是_______（填“A” 或“B ”）。

（7）在某一给定进料比的情况下，温度、压强对H2和CO物质的量分数的影响如下图：

若要达到H2物质的量分数>65%、CO的物质的量分数<10%，以下条件中最合适的是___。

A．600℃，0.9Mpa B．700℃，0.9MPa C．800℃，1.5Mpa D．1000℃，1.5MPa

Answer 1

【答案】Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）催化剂2Al+6CO2=Al2（C2O4）3CH4(g)＋CO2(g)＝2CO(g)＋2H2(g) ΔH =+247.4 kJ/molK=K12/K20.1875 mol2/ L2BB

【解析】

Ⅰ.（1）Al～CO2电池的负极为铝，正极为多孔碳电极，所以负极反应式为Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）；

（2）由于反应前后氧气的量没有发生变化，所以氧气的作用为催化剂；

（3）电池的反应产物为Al2(C2O4）3，所以反应的总方程式为2Al+6CO2=Al2（C2O4）3；

因此，本题正确答案为：Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）；催化剂；2Al+6CO2=Al2(C2O4）3；

Ⅱ.（4）根据盖斯定律，①2-②，得重整反应为：CH4(g)＋CO2(g)＝2CO(g)＋2H2(g)，所以ΔH=ΔH12-ΔH2＝（+206.2 kJ/mol）2-（+165.0 kJ/mol）= +247.4 kJ/mol；平衡常数K==K12/K2，

因此，本题正确答案为：CH4(g)＋CO2(g)＝2CO(g)＋2H2(g) ΔH2 =+247.4 kJ/mol ；K=K12/K2；

（5） CH4(g)＋CO2(g)＝2CO(g)＋2H2(g)

起始（mol） 2 1 0 0

变化（mol） 0.5 0.5 1 1

平衡（mol）1.5 0.5 1 1

根据同温同压下，V1/V2=n1/n2,则平衡时容器的容积为2L=L，平衡时各物质的浓度为：c(CH4)==mol/L，c(CO2)==mol/L，c(H2)=c(CO)==mol/L，

则平衡常数K=== mol2/ L2=0.1875 mol2/ L2，

因此，本题正确答案为：0.1875 mol2/ L2；

（6）该反应在反应时压强是不断增大的，由于B是恒压，相对于A来说是减小压强，所以B中的反应会在A的基础上正向进行，因此会吸收更多的热量，故选B。

因此，本题正确答案为：B；

（7）由图中数据可知，0.9 MPa时，H2的物质的量分数＞65%，CO物质的量分数＜10%，则700℃符合，1.5 MPa时，H2的物质的量分数＞65%，CO物质的量分数＜10%，则温度要高于750℃，低于约725℃，矛盾，故B正确，ACD错误，

因此，本题正确答案为：B。