Question

【題目】對溫室氣體CO2進行減排和綜合治理具有重要意義。回答下列問題：

Ⅰ. O2輔助的Al～CO2電池工作原理如圖所示。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。

（1）電池的負極反應式：______________________________________________ 。電池的正極反應式：6O2+6e6O2 ；6CO2+6O23C2O42 + 6O2

（2）反應過程中O2的作用是________。

（3）該電池的總反應式：_________________________________。

Ⅱ. CH4-CO2催化重整不僅對溫室氣體的減排具有重要意義，還可以得到合成氣（CO和H2）。

已知：①CH4(g)＋H2O(g)＝CO(g)＋3H2(g) ΔH1 ＝+206.2 kJ/mol K1

②CH4(g)＋2H2O(g)＝CO2(g)＋4H2(g) ΔH2 = +165.0 kJ/mol K2

（4）寫出該催化重整反應的熱化學方程式__________________________________________。

K=_________(用 K1 、K2表示）

（5）恒溫恒壓下，向容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化劑進行重整反應，此時體積為2 L，一段時間后達到平衡時，CO2的轉化率是50%，其平衡常數為_______。

（6）分別在VL恒溫密閉容器A（恒容）、B（恒壓，容積可變）中，加入CH4和CO2各1 mol的混合氣體讓其發生催化重整反應。兩容器中反應達平衡后放出或吸收的熱量較多的是_______（填“A” 或“B ”）。

（7）在某一給定進料比的情況下，溫度、壓強對H2和CO物質的量分數的影響如下圖：

若要達到H2物質的量分數>65%、CO的物質的量分數<10%，以下條件中最合適的是___。

A．600℃，0.9Mpa B．700℃，0.9MPa C．800℃，1.5Mpa D．1000℃，1.5MPa

Answer 1

【答案】Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）催化劑2Al+6CO2=Al2（C2O4）3CH4(g)＋CO2(g)＝2CO(g)＋2H2(g) ΔH =+247.4 kJ/molK=K12/K20.1875 mol2/ L2BB

【解析】

Ⅰ.（1）Al～CO2電池的負極為鋁，正極為多孔碳電極，所以負極反應式為Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）；

（2）由于反應前后氧氣的量沒有發生變化，所以氧氣的作用為催化劑；

（3）電池的反應產物為Al2(C2O4）3，所以反應的總方程式為2Al+6CO2=Al2（C2O4）3；

因此，本題正確答案為：Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）；催化劑；2Al+6CO2=Al2(C2O4）3；

Ⅱ.（4）根據蓋斯定律，①2-②，得重整反應為：CH4(g)＋CO2(g)＝2CO(g)＋2H2(g)，所以ΔH=ΔH12-ΔH2＝（+206.2 kJ/mol）2-（+165.0 kJ/mol）= +247.4 kJ/mol；平衡常數K==K12/K2，

因此，本題正確答案為：CH4(g)＋CO2(g)＝2CO(g)＋2H2(g) ΔH2 =+247.4 kJ/mol ；K=K12/K2；

（5） CH4(g)＋CO2(g)＝2CO(g)＋2H2(g)

起始（mol） 2 1 0 0

變化（mol） 0.5 0.5 1 1

平衡（mol）1.5 0.5 1 1

根據同溫同壓下，V1/V2=n1/n2,則平衡時容器的容積為2L=L，平衡時各物質的濃度為：c(CH4)==mol/L，c(CO2)==mol/L，c(H2)=c(CO)==mol/L，

則平衡常數K=== mol2/ L2=0.1875 mol2/ L2，

因此，本題正確答案為：0.1875 mol2/ L2；

（6）該反應在反應時壓強是不斷增大的，由于B是恒壓，相對于A來說是減小壓強，所以B中的反應會在A的基礎上正向進行，因此會吸收更多的熱量，故選B。

因此，本題正確答案為：B；

（7）由圖中數據可知，0.9 MPa時，H2的物質的量分數＞65%，CO物質的量分數＜10%，則700℃符合，1.5 MPa時，H2的物質的量分數＞65%，CO物質的量分數＜10%，則溫度要高于750℃，低于約725℃，矛盾，故B正確，ACD錯誤，

因此，本題正確答案為：B。