Question

【题目】CO2的资源化利用能有效减少CO2的排放，充分利用碳资源。

（1）全球变暖现象很可能是大气中的温室气体（如CO2）聚集造成的。有科学家提出可以将CO2通过管道输送到海底，这样可减缓空气中CO2浓度的增加。下列有关说法正确的是______（填字母）。

A 送到海底越深的地方，CO2溶解得越多，同时CO2可能液化甚至变成干冰

B 把CO2输送到海底，会使海水酸性增强，有利于海洋生态环境

C 把CO2输送到海底，这是人类减缓空气中CO2浓度增加速率的唯一办法

D 要减缓空气中CO2浓度的增加，最有效的措施是使用新能源和植树造林

（2）已知：

①CH4（g）＋2O2（g）CO2（g）＋2H2O（l） △H＝－890 kJ· mol－1

②2H2（g）＋O2（g）2H2O（l） △H＝－572 kJ· mol－1

则反应CO2（g）＋4H2（g）CH4（g）＋2H2O（l） △H＝______kJ· mol－1，升高温度，该反应的v（逆）__________（填“增大”或“减小”）。

（3）CO2催化加氢合成二甲醚是CO2转化的－种方法，主要发生下列反应：

反应I：CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g） △H＝＋41.2 kJ· mol－1

反应II：2CO2（g）＋6H2（g）CH3OCH3（g）＋3H2O（g） △H＝－122.5 kJ· mol－1

在一体积为1 L的恒容密闭容器中，充入1 mol CO2与1 mol H2，CO2的平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化曲线如图所示。其中：CH3OCH3的选择性＝×100％。

①CH3OCH3的选择性随温度的升高而降低的原因是___________，温度高于300℃时，CO2的平衡转化率随温度的升高而增大的原因是____________。

②270°C时，测得平衡时CH3OCH3的物质的量为0.1 mol，此时n（H2O）＝_________mol，反应I的化学平衡常数K＝___________（保留两位有效数字）。

（4）多晶Cu是目前唯一被实验证实能高效催化CO2还原为烃类（如C2H4）的金属。电解装置中分别以多晶Cu和铂为电极材料，用阴离子交换膜分隔开阴、阳极室，阴、阳极室的KHCO3溶液的浓度（约0.1 mol·L－1左右）基本保持不变。并向某极室内持续通入CO2，温度控制在10℃左右。通入CO2的电极为__________（填“阴极”或“阳极”），生成C2H4的电极反应式为_____________。

Answer 1

【答案】A、B、D -254 增大 生成CH3OCH3的反应反应Ⅱ的ΔH＜0，为放热反应，温度越高，平衡左移，导致生成CH3OCH3的物质的量减少，虽然该反应消耗的CO2减少，但反应Ⅰ的ΔH＞0，为吸热反应，温度升高平衡右移，消耗的CO2增多，总消耗的CO2的量变化不大 反应Ⅰ的ΔH＞0，反应Ⅱ的ΔH＜0，温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升，使CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度 0.5 0.87 阴极

【解析】

（1）根据二氧化碳气体的性质，分析处理二氧化碳气体的可能的方法；

（2）根据盖斯定律来计算目标反应方程式的ΔH；升高温度会同时增大正逆反应速率，平衡会发生移动是因为正逆反应速率增大的幅度不同。

（3）①CH3OCH3的选择性＝×100％，选择性的决定因素为生成的CH3OCH3的量和消耗的CO2的量，分析温度变化会时这两个量如何变化即选择性变化的原因；CO2的平衡转化率是由两个反应共同决定，所以要从温度变化时两个反应分别如何移动的角度去分析；

②已知生成的CH3OCH3的量，通过选择性的求算公式可知消耗的CO2的量，但要注意是两个反应共同消耗的CO2的量，之后根据物质之间转化时的数量关系即可求解水的物质的量；平衡常数据此求解；

（4）电解池中阴极得电子发生还原反应，阳极失电子发生氧化反应，通过CO2在反应中的化合价降低可知其为阴极；根据题目信息可知生成C2H4的电极为通入CO2的电极，电解池中阴离子会流向阳极，而该过程中用阴离子交换膜分隔开阴、阳极室，阴、阳极室的KHCO3溶液的浓度基本保持不变，可推测阴极有碳酸氢根生成，再结合电子守恒和元素守恒可得电极反应方程式。

（1）A海底越深的地方压强越大，CO2溶解得越多，同时CO2可能液化甚至变成干冰，故A项正确；

B.二氧化碳与水反应生成碳酸，溶液呈酸性，会使海水酸性增强，破坏海洋生态环境，故B正确；

C．减缓空气中CO2浓度的方法有多种，如合成聚二氧化碳塑料等，故C错误；

D．使用新能源，可减少二氧化碳的排放，植树造林，可降低二氧化碳的浓度，故D正确．

故答案为：A、B、D；

（2）根据盖斯定律可知目标反应方程式=②×2-①，故△H=-572×2-（-890）=-254 kJ· mol－1；升高温度正逆反应速率都增大，故答案为：-254；增大；

（3）①CH3OCH3的选择性＝×100％，生成CH3OCH3的反应反应Ⅱ的ΔH＜0，为放热反应，温度越高，平衡左移，导致生成CH3OCH3的物质的量减少，虽然该反应消耗的CO2减少，但反应Ⅰ的ΔH＞0，为吸热反应，温度升高平衡右移，消耗的CO2增多，故CH3OCH3的选择性下降；

反应Ⅰ的ΔH＞0，反应Ⅱ的ΔH＜0，温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升，使CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度，故温度高于300℃时，CO2的平衡转化率随温度的升高而增大；

②270°C时，CH3OCH3的选择性为50%，CH3OCH3的物质的量为0.1 mol，根据其计算公式可知反应消耗的CO2为0.4mol，根据方程式，可知该反应中消耗的CO2为0.2mol，消耗的H2为0.6mol，生成的H2O为0.3mol，共消耗CO2为0.4mol，所以反应中消耗的CO2为0.4-0.2=0.2mol，消耗的H2为0.2mol生成的H2O为0.2mol，生成的CO为0.2mol，所以此时n（H2O）＝0.3+0.2=0.5mol；反应I的化学平衡常数 ,容器的体积为1L，此时容器中CO2的浓度为，H2的浓度为，CO的浓度为，H2O的浓度为，所以平衡常数，故答案为：0.5；0.87；

（4）该过程中CO2经反应后生成C2H4，C元素化合价降低，被还原，还原反应发生在阴极，故通入CO2的电极为阴极；阴离子会流向阳极，而该过程中用阴离子交换膜分隔开阴、阳极室，阴、阳极室的KHCO3溶液的浓度基本保持不变，可推测阴极有碳酸氢根生成，故电极反应方程式为,故答案为：阴极；。