Question

11．CO₂和CH₄是两种重要的温室气体，通过CH₄和CO₂反应制造更高价值的化学品是目前的研究方向．
（1）已知：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=a kJ•mol^-1
CO（g）+H₂O （g）=CO₂（g）+H₂ （g）△H₂=b kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₃=c kJ•mol^-1
反应CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g） 的△H=a+2b?2ckJ•mol^-1．
（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图8所示．250～300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低．
②为了提高该反应中CH₄的转化率，可以采取的措施是增大反应压强或增大CO₂的浓度．
③将Cu₂Al₂O₄溶解在稀硝酸中的离子方程式为3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O．
（3）以CO₂为原料可以合成多种物质．
①利用FeO吸收CO₂的化学方程式为：6FeO+CO₂=2Fe₃O₄+C，则反应中每生成1molFe₃O₄，转移电子的物质的量为2mol．
②以氢氧化钾水溶液作电解质进行电解，在铜电极上CO₂可转化为CH₄，另一电极石墨连接电源的正极，则该电解反应的化学方程式为CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$CH₄+2O₂．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律结合已知热化学方程式来解答；
（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根据化合价升降以及电子转移计算反应生成1molFe₃O₄电子转移的量；
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）CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=akJ•mol^-1    ①
  CO（g）+H₂O （g）=CO₂（g）+H₂ （g）△H=bkJ•mol^-1        ②
  2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=ckJ•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=（a+2b?2c）kJ•mol^-1．
故答案为：a+2b?2c；
（2）①由于催化剂的催化效率受温度影响大，所以250～300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低，
故答案：温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低；
②该反应是体积减小的可逆反应，所以为了提高该反应中CH₄的转化率，可以采取的措施是增大反应压强或增大CO₂的浓度，
故答案为：增大反应压强或增大CO₂的浓度；
③硝酸是氧化性酸，稀硝酸的还原产物是NO，则根据电子得失守恒和原子守恒可知Cu₂Al₂O₄溶解在稀硝酸中的离子方程式为3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16 H₂O，
故答案为：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O；
（3）①根据方程式6FeO+CO₂=2Fe₃O₄+C可知反应中每生成1molFe₃O₄，消耗0.5molCO₂．其中碳元素的化合价从+4价降低到0价，则转移电子的物质的量为2mol，
故答案为：2；
②铜是活性电极，如果在铜电极上CO₂可转化为CH₄，这说明铜电极是阴极，则另一电极石墨连接电源的正极，该电极是阳极，溶液中的氢氧根失去电子转化为氧气，则该电解反应的化学方程式为CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$CH₄+2O₂，
故答案为：正；CO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$CH₄+2O₂．

点评 本题主要考查盖斯定律、影响化学反应速率和平衡的因素以及原电池原理的运用等知识，难度不大，根据所学知识即可完成．