题目内容
【题目】二氧化碳的回收利用是环保领域研究热点。
（l）在太阳能的作用下，以CO2为原料制取炭黑的流程如图所示，总反应的化学方程式为_________。
（2）工业上可用CO2和H2反应制得甲醇。在2×105Pa、300℃的条件下，CO2和H2反应生成甲醇和液态水，当消耗2molCO2时放出98kJ的热量，该反应的热化学方程式为___________。
（3）如利用CO2和CH4重整可制合成气（主要成分为CO、H2）, 其原理为：CO2(g)+CH4(g)
2CO(g)+2H2(g)。在密闭容器中通入物质的量均为1mol的CH4和CO2，在一定条件下发生反应。CH4的平衡转化率与温度及压强（单位Pa）的关系如图所示：
①压强：P1_____P2（填“>”、“=”或“<”，下同) , y点：V正_______V逆。
②已知气体分压（P分）=气体总压（P总）×气体的体积分数。用气体分压代替平衡浓度可以得到平衡常数KP，求X点对应温度下反应的平衡常数KP=________。
（4）Na2CO3溶液也通常用来捕获CO2，发生如下反应：CO32-+CO2+H2O2HCO3-，用0.12mol/LNa2CO3溶液若吸收CO2一段时间后，溶液的pH=7，溶液中c(HCO3-)/c(CO32-)=10，则溶液中的c(CO32-) =__________。
（5）甲醇燃料电池（简称DMFC）可作为常规能源的替代品而备受关注。DMFC的工作原理如图所示：
①加入a物质的电极是电池的______（填“正”或“负”）极，其电极反应式为_______。
②常温下以该装置作电源，用情性电极电解NaCl和CuSO4的混合溶液，当电路中通过0.4 mol 电子的电量时，两电极均得到0.14mol的气体。若电解后溶液体积为40L，则电解后溶液的pH=_____。
【答案】 CO2 
C+O2 CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l) △H＝-49kJ·mol-1 ＜ > 
Pa2 0.02mol/L 负 CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+ 11
【解析】(l)在700K条件下，CO2和FeO发生反应生成C和Fe3O4，过程1中Fe3O4分解生成FeO和O2，所以整个反应过程中FeO作催化剂，根据反应物和生成物及反应条件书写方程式为CO2 
C+O2；
(2)在2×105Pa、300℃的条件下，CO2和H2反应生成甲醇和水，当消耗2molCO2时放出98kJ的热量，消耗1molCO2时，反应放出热量49kJ，则该反应的热化学方程式为：CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49kJ/mol；
(3)①该反应正向为体积增大的方向，压强越大，CH4的转化率越小，已知相同温度下，P1条件下的转化率大于P2，则P1＜P2；压强为P2时，在Y点反应未达到平衡，则反应正向移动，所以v(正)＞v(逆)；
② CO2(g)+CH4(g)
2CO(g)+2H2(g)
起始物质的量(mol) 1 1 0 0
变化物质的量(mol) 0.5 0.5 1 1
平衡物质的量(mol) 0.5 0.5 1 1
则平衡时：CO2(g)的分压为
P总=
P总，CH4(g) 的分压为
P总，CO(g)的分压为
P总，H2(g)的分压为
P总，X点对应温度下反应的平衡常数KP=
=
Pa2；
(4)设溶液中的c(CO32-) 为cmol/L，则反应中减小的c(CO32-) 为(0.12-c)mol/L，生成的c(HCO3-)为2(0.12-c)mol/L，根据c(HCO3-)/c(CO32-)=10，即2(0.12-c)÷c=10，解得：c=0.02，即最终溶液中的c(CO32-)为0.02mol/L；
(5)①根据装置图分析，a电极处电子流出，做原电池负极，物质发生氧化反应，负极为甲醇失去电子，考虑到有H+转移到正极处，则电极产物为CO2和H+，则其电极反应式为：CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+；
②惰性电极电解NaCl和CuSO4的混合溶液，电解时，溶液中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，根据放电顺序，阴极放电顺序为：Cu2+，Na+，阳极放电顺序为：Cl-，SO42-，当电路中通过0.4mol电子的电量时，两电极均得到0.14mol的气体，阳极可以得到Cl2，阴极只可以得到H2，阳极可以产生Cl2和O2，阴极得到0.14molH2，转移的电子数为0.14mol×2=0.28mol，由于电路中通过0.4mol电子，则电解Cu2+时转移电子数为0.4mol-0.28mol=0.12mol，阳极可以产生Cl2和O2，产生这两种气体的物质的量一共为0.14mol，转移的电子数为0.4mol，则有关系：n(Cl2)+n(O2)＝0.14mol、2n(Cl2)+4n(O2)＝0.4mol，解得：n(Cl2)＝0.08mol、n(O2)＝0.06mol，产生0.06molO2，H2产生由水放电而来，电极反应为：2H2O+2e-═H2↑+2OH-，产生0.14molH2，溶液中生成0.28molOH-，阳极产生O2由OH-放电而来，电极反应为：4OH--4e-═O2↑+2H2O，产生0.06molO2消耗0.24molOH-，则溶液中剩余OH-的物质的量为0.28mol-0.24mol=0.04mol，电解后溶液的体积为40L，则溶液中c(OH-)=
=0.001mol/L，则溶液中pOH=-lgc(OH-)=3，所以溶液pH=14-pOH=11。
