24. CO
2是目前最主要的温室气体,减小CO
2的排放并用来制造有价值的化学用品是目前的研究目标。
(1)利用CO
2与CH
4生产合成气(CO、H
2):
① 已知:CH
4(g)+2O
2(g)
CO
2(g)+2H
2O(g) ΔH=-890.3 KJ·mol
-1CO(g)+H
2O(g)
CO
2(g)+H
2(g) ΔH="+2.8" KJ·mol-1
2CO(g)+O
2(g)
2CO
2(g) ΔH=-566.0 KJ·mol
-1反应CO
2(g)+CH
4(g)
2CO(g)+2H
2(g) ΔH= ____________。
②250℃时,以镍合金为催化剂,向体积为4 L的密闭容器中通入6 mol CO
2、6 mol CH
4,开始发生如下反应:CO
2(g)+CH
4(g)
2CO(g)+2H
2(g)。经过一段时间达到平衡,平衡体系中各组分体积分数(某一成分物质的量占总气体物质的量的百分数)如下表:
物质
| CH4
| CO2
| CO
| H2
|
体积分数
| 0.1
| 0.1
| 0.4
| 0.4
|
此温度下该反应的平衡常数K=________________。
(2)以二氧化钛表面覆盖Cu
2Al
2O
4为催化剂,可以将CO
2和CH
4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如下图所示。250~300℃时,乙酸的生成速率减小的可能原因是____________________。
(3) 如以氢氧化钾水溶液作电解质进行电解,CO
2在铜电极上可转化为甲烷,该电极反应方程式为_____________________。
(4)将2mol CO
2和6molH
2容积相同而温度不同的Ⅰ、Ⅱ两个恒容密闭容器中开始发生反应:CO
2(g)+3H
2(g)
CH
3OH(g)+H
2O(g),测得CH
3OH的物质的量随时间的变化如下图1所示。
①曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ_______KⅡ(填“>”“=”或“<”),可知该 反应是一个_______(填“放热”或“吸热”)反应。
②下列事实说明该反应已达到平衡状态的是_________________:
A.容器内气体压强保持不变
B.容器内气体的密度保持不变
C.CO
2的体积分数保持不变
D.CO
2的消耗速率与CH
3OH的生成速率相等
E.容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变
(5)利用光能和光催化剂,可将CO
2和H
2O(g)转化为CH
4和O
2。紫外光照射时,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,CH
4产量随光照时间的变化如上图2所示。在0~15小时内,CH
4的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为_____________(填序号)。