Question

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

物質	CH4	CO2	CO	H2
體積分數	0.1	0.1	0.4	0.4

①此溫度下該反應的平衡常數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
反應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的生成速率如右圖所示。t1～t2℃時，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為了提高該反應中CH₄的轉化率，可以采取的措施是                     ；
⑤若再向容器中同時充入2.0 mol CO₂、6.0 mol CH₄、4.0 molCO 和8.0 molH₂，則上述平衡向          (填“正反應”或“逆反應”)方向移動。
（2）以CO₂為原料可以合成多種物質。
①可降解二氧化碳聚合物是由CO₂加聚而成，寫出其結構簡式：                    ；
②以氫氧化鉀水溶液作電解質進行電解，CO₂在銅電極上可轉化為甲烷，該電極反應方程式為      。

Answer 1

（共14分，每空2分）（1）①64    ②+1379.3 kJ·mol^－1
（2）①溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低 ②（擴體）減小壓強或增大CO₂的濃度 ③逆反應
（3）①    ②CO₂+8e^－+6H₂O＝CH₄+8OH^－

試題分析：（1）①     CO₂（g）+CH₄（g）2CO（g）+2H₂（g）
起始（mol）   6     6        0     0
反應（mol）   X    X        2X    2X
平衡（mol）  6-X    6-X       2X    2X
由CH₄的體積分數為0.1，則 =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
根據蓋斯定律，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；
③溫度超過250℃時，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；
④正反應是體積減小的可逆反應，降低壓強、增大CO₂的濃度，平衡正向移動，反應物轉化率增大；
⑤若再向容器中同時充入2.0 mol CO₂、6.0 mol CH₄、4.0 molCO 和8.0 molH₂，則此時＝72＞64，所以上述平衡向逆反應方向移動。
（2）①CO₂的結構式為O＝C＝O，發生加聚反應得到；
②原電池中負極失去電子，正極得到電子，因此CO₂在正極發生還原反應轉化為甲烷，電極反應為：CO₂+8e^-+6H₂O=CH₄+8OH^-。