Question

【题目】CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。回答下列问题。

（1）CO2可以被NaOH溶液捕获。若所得溶液pH=13，CO2主要转化为_______（写离子符号）；若所得溶液c(HCO3-):c(CO32-)=2:1，溶液pH=______。（室温下，H2CO3的K1=4×10-7；K2=5×10-11）

（2）CO2与CH4经催化重整，制得合成气：CH4(g)+CO2(g) (2CO(g)+2H2(g)

①已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：

化学键	C—H	C=O	H—H	CO
键能/kJ·mol-1	413	745	436	1075

则该反应的△H=___________。分别在VL恒温密闭容器A（恒容）、B（恒压，容积可变）中，加入CH4和CO2各1mol的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是____________（填“A”或“B”）

②按一定体积比加入CH4和CO2，在恒压下发生反应，温度对CO和H2产率的影响如下图所示。此反应优选温度为900℃的原因是_______________。

（3）O2辅助的A1-CO2电池工作原理如上图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。

电池的正极反应式：6O2+6e-=6O2- 6CO2+6O2-=3C2O42-+6O2

反应过程中O2的作用是_______________。该电池的总反应式：_________________。

Answer 1

【答案】 CO32- 10 +120 kJ·mol-1 B 900 ℃时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低。 催化剂 2Al+6CO2=Al（C2O4）3

【解析】(1)根据K2==5×10-11，结合溶液的pH=13分析判断；再结合溶液c(HCO3-)：c(CO32-)=2：1，计算溶液pH；

(2)①根据△H=反应物总键能-生成物总键能计算；该反应的正反应是气体物质的量增大的反应，结合增大压强平衡逆向移动分析判断；②根据图像900℃时合成气产率已经较高，分析解答；

(3)该原电池中Al作负极，失电子生成铝离子，根据正负极电极反应式相加即得电池反应式解答。

(1)K2==5×10-11，则c(H+)=，当c(HCO3-)=c(CO32-)，c(H+)=5×10-11，pH在10.3，如果溶液的pH=13，则c(HCO3-)＜＜c(CO32-)，所以该溶液中所得阴离子为c(CO32-)；K2==5×10-11，且所得溶液c(HCO3-)：c(CO32-)=2：1，c(H+)==5×10-11×2=1×10-10，pH=10，故答案为：c(CO32-)；10；

(2)①该反应的△H=反应物总键能-生成物总键能=[4×413+2×745-2×1075-2×436]kJ/mol =+120kJ/mol；该反应的正反应是气体物质的量增大的反应，增大压强平衡逆向移动，A在反应过程中压强在不断增大、B在反应过程中压强不变，所以A相当于B来说是增大压强，平衡逆向移动，所以A中反应物转化率小于B，则两容器中反应达平衡后吸收的热量较多的是B，故答案为：+120kJ/mol；B；

②根据图知，900℃时合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，且升高温度耗能较大，经济效益降低，温度低时合成气产率降低且反应速率降低，故答案为：900 ℃时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低；

(3)该原电池中Al作负极，失电子生成铝离子，电极反应式为Al-3e-=Al 3+；在正极的反应式中，在第一个反应中作反应物、在第二个反应中作生成物，所以氧气在反应中作催化剂；在得失电子相同条件下，正负极电极反应式相加即得电池反应式，电池反应式为2Al+6CO2=Al2(C2O4)3，故答案为：催化剂；2Al+6CO2=Al2(C2O4)3。