Question

【题目】【加试题】以氧化铝为原料，通过碳热还原法可合成氮化铝（AlN）；通过电解法可制取铝。电解铝时阳极产生的CO2可通过二氧化碳甲烷化再利用。请回答：
（1）已知：2Al2O3(s)===4Al(g)＋3O2(g) ΔH1＝3351 kJ·molˉ1
2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH2＝－221 kJ·molˉ1
2Al(g)＋N2(g)===2AlN(s) ΔH3＝－318 kJ·molˉ1
碳热还原Al2O3合成AlN的总热化学方程式是 ， 该反应自发进行的条件 。
（2）在常压、Ru/TiO2催化下，CO2和H2混和气体(体积比1∶4，总物质的量a mol)进行反应，测得CO2转化率、CH4和CO选择性随温度变化情况分别如图1和图2所示(选择性：转化的CO2中生成CH4或CO的百分比)。
反应Ⅰ CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g) ΔH4
反应Ⅱ CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH5

①下列说法不正确的是
A．ΔH 4小于零
B．温度可影响产物的选择性
C．CO2平衡转化率随温度升高先增大后减少
D．其他条件不变，将CO2和H2的初始体积比改变为1∶3，可提高CO2平衡转化率
②350℃时，反应Ⅰ在t1时刻达到平衡，平衡时容器体积为V L，该温度下反应Ⅰ的平衡常数为(用a、V表示)
（3）350℃下CH4物质的量随时间的变化曲线如图3所示。画出400℃下0～t1时刻CH4物质的量随时间的变化曲线。

（4）据文献报道，CO2可以在碱性水溶液中电解生成甲烷，生成甲烷的电极反应式是 。

Answer 1

【答案】
（1）Al2O3(s)＋ 3C(s)＋ N2(g)===2Al(g) ＋3CO(g)＋ 2AlN(s)，ΔH=+1026 kJ·molˉ1；高温
（2）CD；625V2/a2
（3）

（4）CO2＋ 6H2O ＋8eˉ === 6CH4＋ 8OHˉ
【解析】解：(1) 通过观察已知三个方程式，用Al2O3合成AlN的方程式为
Al2O3(s)＋3C(s)＋N2(g)===2Al(g)＋3CO(g)＋2AlN(s)，ΔH=(ΔH1+3ΔH2+2ΔH3)/2=+1026kJ·molˉ1 ， 又∵ΔS>0，∴高温自发
由图一转化率随温度变化看出，350℃之前为未平衡之前的转化率，之后为CO2的平衡转化率，温度升高转化率降低，说明反应Ⅰ为放热反应A正确，C错误；从图2可以看出温度对生成产物（产物的选择性）有影响，B正确；相同条件下CO2和H2的初始体积比从1：4改变为1∶3，前者CO2的转化率高，D错误；故选择C、D
根据图一350℃ CO2的平衡转化率为0.8，三段式进行计算

	CO2(g)＋	4H2(g)	CH4(g)＋	2H2O(g)
初n	a	a	０	０
转化n	a ×0.8	a ×0.8×4	a ×0.8	a ×0.8×2
平衡n	a ×0.2	a ×0.8	a ×0.8	a ×1.6

代入求平衡常数K=[ a ×0.8×（ a ×1.6）2× ]/[ a ×0.2×( a ×0.8）4× ]=625V2/a2
（要除以体积转化为浓度之后代入）
t1时350℃达到平衡，反应为放热反应，400℃反应速率加快，平衡逆移动，后生成甲烷的量减少。