Question

（14 分）CO₂和CH₄是兩種重要的溫室氣體，通過(guò)CH₄和CO₂反應(yīng)制造更高價(jià)值化學(xué)品是目前的研究目標(biāo)．
（1）250℃時(shí)，以鎳合金為催化劑，向4L密閉容器中通入6mol CO₂、6mol CH₄，發(fā)生如下反應(yīng)：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．平衡體系中各組分體積分?jǐn)?shù)如下表：

物質(zhì)	CH4	CO2	CO	H2
體積分?jǐn)?shù)	0.1	0.1	0.4	0.4

①此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

．
②已知：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ?mol^-1
CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂ （g）△H=2.8kJ?mol^-1
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
反應(yīng)CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g） 的△H=

 

；
③在不同溫度下催化劑的催化效率與CO的生成速率如圖所示．t₁～t₂℃時(shí)，溫度升高而CO的生成速率降低的原因是

 

；（△代表CO的生成速率，■代表催化劑的催化效率）
 ④為了提高該反應(yīng)中CH₄的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是

 

；
⑤若再向容器中同時(shí)充入2.0mol CO₂、6.0mol CH₄、4.0mol CO和8.0mol H₂，則上述平衡向

 

（填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”）方向移動(dòng)．
（2）以CO₂為原料可以合成多種物質(zhì)．
①可降解二氧化碳聚合物是由CO₂加聚而成，寫(xiě)出其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：

 

；
②以氫氧化鉀水溶液作電解質(zhì)進(jìn)行電解，CO₂在銅電極上可轉(zhuǎn)化為甲烷，該電極反應(yīng)方程式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行計(jì)算,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素,電解原理

專(zhuān)題：基本概念與基本理論

分析：（1）①先利用三段法求出各物質(zhì)的物質(zhì)的量，然后再根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積；
②根據(jù)蓋斯定律結(jié)合已知熱化學(xué)方程式來(lái)解答；
③根據(jù)溫度對(duì)催化劑活性的影響；
④根據(jù)外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大；
⑤比較體系的濃度商與化學(xué)平衡常數(shù)，判斷化學(xué)平衡移動(dòng)方向；
（2）①根據(jù)加聚反應(yīng)特點(diǎn)寫(xiě)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式；
②根據(jù)原電池原理，CO₂在正極發(fā)生還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為甲烷，注意電解質(zhì)溶液為堿性．

解答： 解：（1）①CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．
起始（mol） 6        6        0       0
反應(yīng)（mol） X        X        2X      2X
平衡（mol） 6-X     6-X       2X      2X
由CH₄的體積分?jǐn)?shù)為0.1，則

6-X

12+2X

=0.1，解得X=4，即平衡時(shí)濃度：c（CO₂）=0.5mol/L，c（CH₄）=0.5mol/L，c（CO）=2mol/L，c（H₂）=2mol/L，所以K=

c2(CO)?c2(H2)

c(CO2)?c(CH4)

=

22×22

0.5×0.5

=64，
故答案為：64； 
CH₄（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
根據(jù)蓋斯定律，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，
故答案為：+247.3 kJ?mol^-1；
③溫度超過(guò)250℃時(shí)，催化劑的催化效率降低，所以溫度升高而乙酸的生成速率降低，
故答案：溫度超過(guò)250℃時(shí)，催化劑的催化效率降低；
④減小反應(yīng)壓強(qiáng)、增大CO₂的濃度，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大，
故答案為：減小反應(yīng)壓強(qiáng)或增大CO₂的濃度；
⑤同時(shí)充入2.0mol CO₂、6.0mol CH₄、4.0mol CO和8.0mol H₂，則各物質(zhì)濃度分別為：c（CO₂）=1mol/L，c（CH₄）=2mol/L，c（CO）=3mol/L，c（H₂）=4mol/L，濃度商為

42×32

1×2

=72＞64，即化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，
故答案為：逆反應(yīng)；
（2）①CO₂分子內(nèi)含有碳氧雙鍵，根據(jù)加聚反應(yīng)特點(diǎn)，生成高聚物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：，
故答案為：；
②CO₂在正極發(fā)生還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為甲烷，電極反應(yīng)為：CO₂+8e^-+6H₂O=CH₄+8OH^-，故答案為：CO₂+8e^-+6H₂O=CH₄+8OH^-．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡移動(dòng)以及電解池原理的運(yùn)用，題目綜合性強(qiáng)，注意信息中提高的條件及圖象的分析是解答的關(guān)鍵，較好的考查學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力，題目難度中等．