Question

【題目】“低碳生活”是生態(tài)文明的前提和基礎(chǔ)，減少二氧化碳的排放是“低碳”的一個(gè)重要方面，因此，二氧化碳的減排已引起國際社會(huì)的廣泛關(guān)注。請(qǐng)回答下面二氧化碳回收利用的有關(guān)問題:

I.利用太陽能等可再生能源，通過光催化、光電催化或電解水制氫來進(jìn)行二氧化碳加氫制甲醇時(shí)發(fā)生的主要反應(yīng)是:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

（1）若二氧化碳加氫制甲醇反應(yīng)在絕熱、恒容的密閉體系中進(jìn)行，下列示意圖正確且能說明該反應(yīng)進(jìn)行到1，時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)的是____________(填字母編號(hào))

（2）常壓下，二氧化碳加氫制甲醇反應(yīng)時(shí)的能量變化如圖1所示，則該反應(yīng)的△H=_____。

（3）在2L恒容密閉容器a和b中分別投入2molCO2和6molH2在不同溫度下進(jìn)行二氧化碳加氫制甲醇反應(yīng)，各容器中甲醇的物質(zhì)的量與時(shí)間關(guān)系如圖2所示:

①若實(shí)驗(yàn)a、實(shí)驗(yàn)b的反應(yīng)溫度分別為T1、T2，則判斷T1_____T2 (選填”>”、“<”或“=”)。若實(shí)驗(yàn)b中改變條件時(shí)，反應(yīng)情況會(huì)由曲線b變?yōu)榍�線c，則改變的條件是________。

②計(jì)算實(shí)驗(yàn)b條件下,0--10min段氫氣的平均反應(yīng)速率v(H2)=_____mol/(L·min)。

③在實(shí)驗(yàn)b條件下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為_________。若平衡時(shí)向容器再充入1molCO2和3molH2，重新達(dá)平衡時(shí)，混合氣體中甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)______30%(選填“>”“<”或“=”)。

II.右圖是通過人工光合作用，以CO2和H2O為原料制備HCOOH和O2的原理示意圖。

（4）催化劑a表面發(fā)生的電極反應(yīng)式_________。

（5）標(biāo)準(zhǔn)狀況下每回收44.8LCO2轉(zhuǎn)移的的電子數(shù)為_______個(gè)。

（6）常溫下，0.1mol/L的HCOONa溶液的pH為10，則常溫下，HCOOH的電離常數(shù)Ka約為__________。

Answer 1

【答案】 bc -46kJ·mol-1 > 加入催化劑 0.225 （或5.33） > 2H2O - 4e- == O2↑+4H+ 2.408×1024（或4NA） 10-7

【解析】（1）a、t1甲醇的溶液仍在變小，故錯(cuò)誤；b、t1時(shí)二氧化碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持恒定，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故正確；c、t1時(shí)，甲醇與二氧化碳的物質(zhì)的量之比保持恒定，達(dá)到平衡，故正確；d、t1時(shí)二氧化碳在減小，甲醇在增加，故末達(dá)到平衡，故錯(cuò)誤，故選bc。（2）常壓下，二氧化碳加氫制甲醇反應(yīng)時(shí)的能量變化，該反應(yīng)的△H= 2914kJ·mol-1-2960kJ·mol-1=-46kJ·mol-1 ；（3）①若實(shí)驗(yàn)a、實(shí)驗(yàn)b的反應(yīng)溫度分別為T1、T2，a先達(dá)到平衡，對(duì)應(yīng)的溫度高，則判斷T1>T2 ；若實(shí)驗(yàn)b中改變條件時(shí)，反應(yīng)情況會(huì)由曲線b變?yōu)榍�線c，平衡不移動(dòng)，則改變的條件是加入催化劑；②計(jì)算實(shí)驗(yàn)b條件下,CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，平衡時(shí)甲醇的物質(zhì)的量為1.5mol，氫氣的變化量為4.5mol，0--10min段氫氣的平均反應(yīng)速率v(H2)= = 0.225mol/(L·min)。③在實(shí)驗(yàn)b條件下，

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

n始/mol 2 6

n變/mol 1.5 4.5 1.5 1.5

n平/mol 0.5 1.5 1.5 1.5

c平/mol·L－1 0.25 0.75 0.75 0.75

該反應(yīng)的平衡常數(shù)為=5.33。若平衡時(shí)向容器再充入1molCO2和3molH2，相當(dāng)于加壓，平衡正向移動(dòng)，重新達(dá)平衡時(shí)，混合氣體中甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)>30%。（4）催化劑a表面由圖可知水失電子生成氧氣，發(fā)生的電極反應(yīng)式: 2H2O - 4e- == O2↑+4H+ ；（5）HCOOH中碳為+2價(jià)，CO2中碳為+4價(jià)，標(biāo)準(zhǔn)狀況下每回收44.8LCO2轉(zhuǎn)移的的電子數(shù)為 =2.408×1024個(gè)。（6）常溫下，0.1mol·L－1的HCOONa溶液pH為10，溶液中存在HCOO－水解HCOO－+H2OHCOOH+OH－，故Kh==10-7，則HCOOH的電離常數(shù)Ka=Kw/Kh=10-14/10-7=10-7。