Question

【題目】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(shí)陽極產(chǎn)生的CO2可通過二氧化碳甲烷化再利用． 請(qǐng)回答：
（1）已知：2Al2O3（s）═4Al（g）+3O2（g）△H1=3351KJmol﹣12C（s）+O2（g）═2CO（g）△H2=﹣221KJmol﹣1
2Al（g）+N2（g）═2AlN（s）△H3=﹣318KJmol﹣1
碳熱還原Al2O3合成AlN的總熱化學(xué)方程式是 ， 該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)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(zhì)的量a mol）進(jìn)行反應(yīng)，測(cè)得CO2轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化的CO2中生成CH4或CO的百分比）． 反應(yīng)ⅠCO2（g）+4H2（g）CH4（g）+2H2O（g）△H4
反應(yīng)ⅡCO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H5

①下列說法不正確的是
A．△H4小于零
B．溫度可影響產(chǎn)物的選擇性
C．CO2平衡轉(zhuǎn)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?yōu)?：3，可提高CO2平衡轉(zhuǎn)化率
②350℃時(shí)，反應(yīng)Ⅰ在t1時(shí)刻達(dá)到平衡，平衡時(shí)容器體積為VL該溫度下反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)為（用a、V表示）
③350℃下CH4物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化曲線如圖3所示．畫出400℃下0～t1時(shí)刻CH4物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化曲線．

（3）據(jù)文獻(xiàn)報(bào)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(yīng)式是 ．

Answer 1

【答案】
（1）3C（s）+Al2O3（s）+N2（g）=2AlN（s）+3CO（g）△H=+2052KJ/mol/L；高溫
（2）CD；；
（3）CO2+6H2O+8e﹣═CH4+8OH﹣
【解析】解：（1）①2Al2O3（s）═4Al（g）+3O2（g）△H1=3351KJmol﹣1②2C（s）+O2（g）═2CO（g）△H2=﹣221KJmol﹣1
③2Al（g）+N2（g）═2AlN（s）△H3=﹣318KJmol﹣1
蓋斯定律計(jì)算，（①+②×3+③×2）× 得到，
碳熱還原Al2O3合成AlN的總熱化學(xué)方程式：3C（s）+Al2O3（s）+N2（g）=2AlN（s）+3CO（g）△H=+2052KJ/mol/L，反應(yīng)△S＞0，△H＞0，則滿足△H﹣T△S＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是高溫條件下，
所以答案是：3C（s）+Al2O3（s）+N2（g）=2AlN（s）+3CO（g）△H=+2052KJ/mol/L；高溫；（2）①A．圖象中，二氧化碳先增大是反應(yīng)正向進(jìn)行，到一定溫度達(dá)到平衡狀態(tài)，升溫平衡逆向進(jìn)行，二氧化碳轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小，平衡說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H4小于零，故A正確；
B．圖象2分析可知，圖象變化趨勢(shì)隨溫度升高到400°C以上，CH4和CO選擇性受溫度影響甲烷減小，一氧化碳增大，溫度可影響產(chǎn)物的選擇性，故B正確；
C．二氧化碳轉(zhuǎn)化率先增大是反應(yīng)正向進(jìn)行未達(dá)到平衡狀態(tài)，達(dá)到平衡狀態(tài)，隨溫度升高二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，故C錯(cuò)誤；
D．CO2和H2混和氣體（體積比1：4，總物質(zhì)的量a mol）進(jìn)行反應(yīng)，將CO2和H2的初始體積比改變?yōu)?：3，二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，故D錯(cuò)誤；
所以答案是：CD；
②在常壓、Ru/TiO2催化下，CO2和H2混和氣體（體積比1：4，總物質(zhì)的量a mol）進(jìn)行反應(yīng)，350℃時(shí)，反應(yīng)Ⅰ在t1時(shí)刻達(dá)到平衡，平衡時(shí)容器體積為VL，二氧化碳轉(zhuǎn)化率為80%

	CO2（g）+	4H2（g）	CH4（g）+	2H2O（g）
起始量（mol）	0.2a	0.8a	0	0
變化量（mol）	0.16a	0.64a	0.16a	0.32a
平衡量（mol）	0.04a	0.16a	0.16a	0.32a

平衡常數(shù)K= = ，
所以答案是： ；
③反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，圖中分析可知接近72.5%，甲烷物質(zhì)的量減小小于350°C時(shí)甲烷物質(zhì)的量，達(dá)到平衡所需要時(shí)間縮短

	CO2（g）+	4H2（g）	CH4（g）+	2H2O（g）
起始量（mol）	0.2a	0.8a	0	0
變化量（mol）	0.145a	0.58a	0.145a	0.29a
平衡量（mol）	0.055a	0.22a	0.145a	0.29a

畫出圖象，達(dá)到平衡狀態(tài)甲烷 0.145a mol，升溫加快反應(yīng)速率，達(dá)到平衡所需時(shí)間縮短，得到圖象為 ，
所以答案是： ；（3）CO2可以在堿性水溶液中電解生成甲烷，結(jié)合電荷守恒和原子守恒，用氫氧根離子濃度配平電荷守恒得到電極反應(yīng)為：CO2+6H2O+8e﹣═CH4+8OH﹣ ，
所以答案是：CO2+6H2O+8e﹣═CH4+8OH﹣ ．