题目内容
【题目】CO2的绿色减排、捕捉、转化是人类可持续发展的重要战略之一。
(1)CO2来源之一是汽车尾气
①根据上图,写出气缸内产生NO的热化学方程式________。
②写出转换器中在催化剂作用下NOx和CO反应的化学方程式________。
③在催化转换器中机动车尾气转化效率与空燃比(空气与燃油气的体积比)的关系如右图。若空燃比小于14.7,氧气不足,CxHy和CO不能被完全氧化,导致其转化效率降低;若空燃比大于14.7,则NOx的转化效率降低,原因是________。
(2)利用NaOH溶液可以“捕捉” CO2
已知:0.448L CO2(已折算标准状况)被NaOH溶液充分吸收,得到100mL含有Na2CO3和NaHCO3的吸收液。
①向吸收液中加入足量BaCl2溶液得到沉淀,经过滤、洗涤、干燥后,称重为1.97g,则吸收液中c(Na2CO3) = ________。(该条件下NaHCO3与BaCl2不反应)
②对该吸收液,下列判断正确的是________。
a . c (CO32- ) > c (HCO3- )
b. 2c (CO32- ) + c (HCO3- ) + c (OH- ) = c (H+ ) + c (Na+ )
c. c (H2CO3) + c (HCO3- ) + c (CO32- ) =0.2molL-1
(3)工业上可用CO2来制甲醇
①CO2 (g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) ΔH < 0
根据图1分析,实际工业生产中,反应温度选择250℃的理由________。
②利用光电催化原理,由CO2和H2O制备CH3OH的装置如图2。写出右侧的电极反应式________。
【答案】 N2(g)+O2(g)====2NO(g) ΔH = +180kJ·mol-1 2xCO+2NOx=======N2+2xCO2 氧气过量,还原性气体CO和Cx Hy首先和O2反应,使得NOx的还原反应很难继续进行 0.1mol·L-1 b c 温度低于250°C时,CO2的转化率较大但催化剂的催化效率低,反应速率慢;若温度高于250°C时,CO2的转化率和催化效率都较低 CO2+6e-+6H+====CH3OH+H2O
【解析】(1)考查热化学反应方程式的书写、化学反应方程式的书写、反应条件的控制,①断裂1molN2中化学键时吸收的能量为946kJ,断裂1molO2中的化学键吸收的能量是498kJ,生成2molNO中化学键放出的能量是2×632kJ,此反应吸收的能量是(946+498-2×632)kJ=180kJ,即热化学反应方程式为 N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH = +180kJ·mol-1;②根据流程,转换器中NOx和CO反应生成CO2、N2,化学反应方程式为2xCO+2NOx=N2+2xCO2 ;③转化率降低的原因是氧气过量,还原性气体CO和Cx Hy,首先还原性气体和O2反应,使得NOx的还原反应很难继续进行;(2)考查化学计算和离子浓度大小比较;①加入BaCl2溶液,发生BaCl2+Na2CO3=BaCO3↓+2NaCl,n(Na2CO3)=n(BaCO3)=1.97/197mol=0.01mol,c(Na2CO3)=0.01/(100×10-3)mol·L-1=0.1mol·L-1;②根据碳元素守恒,n(NaHCO3)=(0.448/22.4-0.01)mol=0.01mol,a、Na2CO3和NaHCO3物质的量相等,但CO32-水解程度大于HCO3-水解程度,因此c(HCO3-)>c(CO32-),故a错误;b、根据电荷守恒,得出c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO3-)+2c(CO32-),故b正确;c、根据物料守恒, c (H2CO3) + c (HCO3- ) + c (CO32- ) =0.2mol·L-1,故c正确;(3)考查反应条件的控制、电极反应式的书写,①根据图1,250℃时,催化效应最高,温度低于250°C时,CO2的转化率较大但催化剂的催化效率低,反应速率慢;若温度高于250°C时,CO2的转化率和催化效率都较低;②根据电子或H+移动的方向,以及原电池的工作原理,即右侧为正极,根据目的,右侧电极反应式CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O。
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