Question

【題目】【加試題】以氧化鋁為原料，通過碳熱還原法可合成氮化鋁（AlN）；通過電解法可制取鋁。電解鋁時陽極產生的CO2可通過二氧化碳甲烷化再利用。請回答：
（1）已知：2Al2O3(s)===4Al(g)＋3O2(g) ΔH1＝3351 kJ·molˉ1
2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH2＝－221 kJ·molˉ1
2Al(g)＋N2(g)===2AlN(s) ΔH3＝－318 kJ·molˉ1
碳熱還原Al2O3合成AlN的總熱化學方程式是 ， 該反應自發進行的條件 。
（2）在常壓、Ru/TiO2催化下，CO2和H2混和氣體(體積比1∶4，總物質的量a mol)進行反應，測得CO2轉化率、CH4和CO選擇性隨溫度變化情況分別如圖1和圖2所示(選擇性：轉化的CO2中生成CH4或CO的百分比)。
反應Ⅰ CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g) ΔH4
反應Ⅱ CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH5

①下列說法不正確的是
A．ΔH 4小于零
B．溫度可影響產物的選擇性
C．CO2平衡轉化率隨溫度升高先增大后減少
D．其他條件不變，將CO2和H2的初始體積比改變為1∶3，可提高CO2平衡轉化率
②350℃時，反應Ⅰ在t1時刻達到平衡，平衡時容器體積為V L，該溫度下反應Ⅰ的平衡常數為(用a、V表示)
（3）350℃下CH4物質的量隨時間的變化曲線如圖3所示。畫出400℃下0～t1時刻CH4物質的量隨時間的變化曲線。

（4）據文獻報道，CO2可以在堿性水溶液中電解生成甲烷，生成甲烷的電極反應式是 。

Answer 1

【答案】
（1）Al2O3(s)＋ 3C(s)＋ N2(g)===2Al(g) ＋3CO(g)＋ 2AlN(s)，ΔH=+1026 kJ·molˉ1；高溫
（2）CD；625V2/a2
（3）

（4）CO2＋ 6H2O ＋8eˉ === 6CH4＋ 8OHˉ
【解析】解：(1) 通過觀察已知三個方程式，用Al2O3合成AlN的方程式為
Al2O3(s)＋3C(s)＋N2(g)===2Al(g)＋3CO(g)＋2AlN(s)，ΔH=(ΔH1+3ΔH2+2ΔH3)/2=+1026kJ·molˉ1 ， 又∵ΔS>0，∴高溫自發
由圖一轉化率隨溫度變化看出，350℃之前為未平衡之前的轉化率，之后為CO2的平衡轉化率，溫度升高轉化率降低，說明反應Ⅰ為放熱反應A正確，C錯誤；從圖2可以看出溫度對生成產物（產物的選擇性）有影響，B正確；相同條件下CO2和H2的初始體積比從1：4改變為1∶3，前者CO2的轉化率高，D錯誤；故選擇C、D
根據圖一350℃ CO2的平衡轉化率為0.8，三段式進行計算

	CO2(g)＋	4H2(g)	CH4(g)＋	2H2O(g)
初n	a	a	０	０
轉化n	a ×0.8	a ×0.8×4	a ×0.8	a ×0.8×2
平衡n	a ×0.2	a ×0.8	a ×0.8	a ×1.6

代入求平衡常數K=[ a ×0.8×（ a ×1.6）2× ]/[ a ×0.2×( a ×0.8）4× ]=625V2/a2
（要除以體積轉化為濃度之后代入）
t1時350℃達到平衡，反應為放熱反應，400℃反應速率加快，平衡逆移動，后生成甲烷的量減少。