Question

【題目】“低碳生活”是生態文明的前提和基礎，減少二氧化碳的排放是“低碳”的一個重要方面，因此，二氧化碳的減排已引起國際社會的廣泛關注。請回答下面二氧化碳回收利用的有關問題:

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行二氧化碳加氫制甲醇時發生的主要反應是:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

（1）若二氧化碳加氫制甲醇反應在絕熱、恒容的密閉體系中進行，下列示意圖正確且能說明該反應進行到1，時刻達到平衡狀態的是____________(填字母編號)

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

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

①若實驗a、實驗b的反應溫度分別為T1、T2，則判斷T1_____T2 (選填”>”、“<”或“=”)。若實驗b中改變條件時，反應情況會由曲線b變為曲線c，則改變的條件是________。

②計算實驗b條件下,0--10min段氫氣的平均反應速率v(H2)=_____mol/(L·min)。

③在實驗b條件下，該反應的平衡常數為_________。若平衡時向容器再充入1molCO2和3molH2，重新達平衡時，混合氣體中甲醇的物質的量分數______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表面發生的電極反應式_________。

（5）標準狀況下每回收44.8LCO2轉移的的電子數為_______個。

（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，故錯誤；b、t1時二氧化碳的質量分數保持恒定，說明反應達到平衡，故正確；c、t1時，甲醇與二氧化碳的物質的量之比保持恒定，達到平衡，故正確；d、t1時二氧化碳在減小，甲醇在增加，故末達到平衡，故錯誤，故選bc。（2）常壓下，二氧化碳加氫制甲醇反應時的能量變化，該反應的△H= 2914kJ·mol-1-2960kJ·mol-1=-46kJ·mol-1 ；（3）①若實驗a、實驗b的反應溫度分別為T1、T2，a先達到平衡，對應的溫度高，則判斷T1>T2 ；若實驗b中改變條件時，反應情況會由曲線b變為曲線c，平衡不移動，則改變的條件是加入催化劑；②計算實驗b條件下,CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，平衡時甲醇的物質的量為1.5mol，氫氣的變化量為4.5mol，0--10min段氫氣的平均反應速率v(H2)= = 0.225mol/(L·min)。③在實驗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

該反應的平衡常數為=5.33。若平衡時向容器再充入1molCO2和3molH2，相當于加壓，平衡正向移動，重新達平衡時，混合氣體中甲醇的物質的量分數>30%。（4）催化劑a表面由圖可知水失電子生成氧氣，發生的電極反應式: 2H2O - 4e- == O2↑+4H+ ；（5）HCOOH中碳為+2價，CO2中碳為+4價，標準狀況下每回收44.8LCO2轉移的的電子數為 =2.408×1024個。（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Ka=Kw/Kh=10-14/10-7=10-7。