Question

【題目】CO2的排放會帶來全球“溫室”效應，因此，引起國際關注和研究，渴望21世紀 CO2將作為新碳源被廣泛使用。

(1)以 CO2 和 H2 為原料可得到 CH4 燃料。

已知：① CH4 (g) + CO2(g) = 2CO(g) + 2H2(g) △ H1= + 247kJ·mol-1

② CH4 (g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2(g) △ H2= + 205kJ·mol-1

寫出由 CO2 獲得CH4的熱化學方程式：_____。

(2)CO2與CH4經催化重整可制得合成氣：CH4(g)+CO2(g) = CO(g)+2H2(g) 按一定體積比加入CH4和CO2，在恒壓下發生反應，溫度對CO和H2產率影響如圖所示。此反應優選溫度為900℃的原因是______________________。

(3)以二氧化鈦表面覆蓋的Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉化成乙酸。

① 催化劑的催化效率與乙酸的生成速率隨溫度的變化關系如上圖所示。250～300℃時，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是__________________。

② 為了提高該反應中CH4的轉化率，可以采取的措施是________(寫出兩種) 。

③ 將Cu2Al2O4溶解在稀硝酸中離子方程式是________________________。

(4)O2輔助的Al—CO2電池工作原理如上圖所示。該電池電容量大，能有效利用CO2，電池反應產物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。電池的負極反應式：_______________________。電池的正極反應式：2CO2+2e= C2O42該過程中，O2起催化作用，催化過程可表示為：i： 6 O2 + 6e = 6 O2 ii: ……寫出ii的離子方程式：______________________。

Answer 1

【答案】CO2(g)+ 4H2(g) = CH4(g) + 2H2O(g) △H = -163 kJ/mo1 900 ℃時，合成氣產率已經較高，再升高溫度產率增幅不大，但能耗升高，經濟效益降低 溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低 增大體系壓強、增大CO2的濃度 3Cu2Al2O4+32H++2NO3﹣=6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O Al–3e–=Al3+(或2Al–6e–=2Al3+) 6CO2+6O2 = 3C2O42+6O2

【解析】

（1）依據蓋斯定律的應用分析作答；

（2）根據圖中信息分析溫度超過900℃后反應產率的增大并不明顯，再結合經濟效益作答；

（3）①溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低；

②提高該反應中CH4的轉化率，即使反應平衡向正向移動，依據對反應平衡的影響因素作答；

③Cu2Al2O4拆成氧化物的形式：Cu2OAl2O3，結合金屬氧化物與酸的反應書寫該反應的離子方程式；

（4）電池的負極為Al，所以反應一定是Al失電子，該電解質為氯化鋁離子液體，所以Al失電子應轉化為Al3+，據此書寫電極反應式；依據題意可知，氧氣為催化劑，在第一步被消耗，會在第二步生成，結合正極總反應2CO2+2e= C2O42作答。

（1）① CH4 (g) + CO2(g) = 2CO(g) + 2H2(g) △ H1= + 247kJ·mol-1

② CH4 (g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2(g) △ H2= + 205kJ·mol-1，則①-2×②可得CO2(g)+ 4H2(g) = CH4(g) + 2H2O(g)，對應的反應熱△H =△ H1 -2△ H2 = + 247kJ·mol-1-2×+ 205kJ·mol-1=-163 kJ/mo1-1，

故答案為：CO2(g)+ 4H2(g) = CH4(g) + 2H2O(g) △H = -163 kJ/mo1；

（2）根據圖3得到，900℃時反應產率已經比較高，溫度再升高，反應產率的增大并不明顯，而生產中的能耗和成本明顯增大，經濟效益會下降，所以選擇900℃為反應最佳溫度，

故答案為：900 ℃時，合成氣產率已經較高，再升高溫度產率增幅不大，但能耗升高，經濟效益降低，

故答案為：900 ℃時，合成氣產率已經較高，再升高溫度產率增幅不大，但能耗升高，經濟效益降低；

（3）①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，

故答案為：溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低；

②增大反應壓強、增大CO2的濃度，平衡正向移動，反應物轉化率增大，

故答案為：增大反應壓強、增大CO2的濃度；

③Cu2Al2O4拆成氧化物的形式：Cu2OAl2O3，與酸反應生成離子方程式：3Cu2Al2O4+32H++2NO3-= 6Cu2++6Al3++2NO↑+16H2O，

故答案為：3Cu2Al2O4+32H++2NO3-=6Cu2++6Al3++ 2NO↑+16H2O；

（4）電池的負極為Al，所以反應一定是Al失電子，該電解質為氯化鋁離子液體，所以Al失電子應轉化為Al3+，方程式為：Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）。根據電池的正極反應，氧氣在第一步被消耗，又在第二步生成，所以氧氣為正極反應的催化劑，因正極總反應為：2CO2+2e= C2O42，兩式相減得到，另一步反應為6CO2+6O2 = 3C2O42+6O2， ·

故答案為：Al–3e–=Al3+(或2Al–6e–=2Al3+)；6CO2+6O2 = 3C2O42+6O2；