题目内容
(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:
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 。
(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 |
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 。
(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-
(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-
试题分析:(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-。
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