题目内容

【题目】CO2是一种廉价的碳资源,其综合利用具有重要意义。

(一)CO2的化学捕获:

1CO2可以被NaOH溶液捕获。若所得溶液pH=13CO2主要转化为___(写含碳粒子符号)。(室温下,H2CO3Ka1=4.3×107Ka2=5.6×1011

2)固体氧化物电解池(SOEC)用于高温共电解CO/H2,既可实现CO2的减排又可高效制备合成气(CO/H2),其工作原理如图。写出电极A发生的电极反应式___

(二)CO2的综合利用

1CO2CH4经催化重整制得合成气:

反应Ⅰ.CH4gH+CO2g2COg+2H2g)△H1

已知氢气、一氧化碳和甲烷的标准燃烧热(25℃)如表所示

物质

H2g

COg

CH4g

标准燃烧热△H/kJmol1

285.8

283.0

890.3

则反应I的△H=___kJmol1

2)用CO2催化加氢制取二甲醚的反应为:反应Ⅱ.2CO2g+6H2gCH3OCH3g+3H2Og),在10L恒容密闭容器中,均充入2mol CO26moH2,分别以铱(Ir)和铈(Ce)作催化剂,反应进行相同的时间后测得的CO2的转化率αCO2)随反应温度的变化情况如图1

①根据图1,下列说法不正确的是___

A.反应Ⅱ的△H0,△S0

B.用IrCe作催化剂时,反应Ⅱ的活化能更低的是Ce

C.状态d时,v(正)<v(逆)

D.从状态bdαCO2)先增大后减小,减小的原因可能是温度升高平衡逆向移动

②状态e900K)时,αCO2=50%,则此时的平衡常数K=___

③若H2CO2的物质的量之比为n1900K时相应平衡体系中二甲醚的物质的量分数为x,请在图2中绘制xn变化的示意图。_______

【答案】CO32 CO2+2eCO+O2H2O+2e=H2+O2 +247.3 BC 23.15

【解析】

(一)(1K2==5×1011,当溶液的pH=13cH=10-13,有==500,即cCO32)>>cHCO3);

2)电解池中,根据O2移动方向可知:A电极为阴极,该电极上发生还原反应,CO2H2O分别在A极得到电子发生还原反应生成COH2,同时生成O2

(二)(1)写出H2COCH4燃烧热的热化学方程式:①H2g+O2g=H2Og)△H=285.8kJmol1、②COg+O2g=CO2g)△H=283.0kJmol1、③CH4g+2O2g=CO2g+2H2Og)△H=890.3kJmol1,再利用盖斯定律求出CH4gH+CO2g=2COg+2H2g)的△H1

2)①A.反应2CO2g+6H2g=CH3OCH3g+3H2Og)正向是体积减小的反应,△S0;由图1可知,状态d是用Ce作催化剂的平衡状态,随着温度的升高,反应物CO2的转化率降低,说明反应正向放热;

B.催化剂能降低反应物的活化能,加快反应速率,使可逆反应快速达到平衡,用Ce作催化剂时,CO2的转化率小、且比用Ir作催化剂后达到平衡,即反应速率小;

C.状态d是使用两种催化剂时一定温度下,某一时刻的平衡状态,反应速率不变;

D.状态bd是用Ir作催化剂的平衡体系,平衡状态d相对开始平衡(750℃左右)时,α(CO2)减小主要由温度影响,可能平衡逆向移动;

②α(CO2=50%,则cCO2)的变化量为0.2mol·L1×50%=0.1mol·L1,利用三段式列式,求出平衡量,再求出平衡常数k

H2CO2的物质的量之比为n1,随着H2的增加,即H2CO2的物质的量之比增大,平衡体系中CO2的转化率增大,二甲醚的物质的量分数x也增大,当n1=62=31时,x值最大;当n131时,x值逐渐减小;当n=3时,x=1/12

(一)(1K2==5×1011,当溶液的pH=13cH+=1013,有==500,即cCO32)>>cHCO3),所以该溶液中含碳粒子以阴离子CO32为主;

2)根据电解池中O2移动方向推断:A电极为阴极,该电极上发生还原反应,CO2H2O分别在A极得到电子发生还原反应生成COH2,同时生成O2,所以CO2A极反应式为:CO2+2eCO+O2H2OA电极反应式为:H2O+2e=H2+O2

(二)(1H2COCH4燃烧热的热化学方程式分别为:①H2g+O2g=H2Og)△H=285.8kJmol1、②COg+O2g=CO2g)△H=283.0kJmol1、③CH4g+2O2g=CO2g+2H2Og)△H=890.3kJmol1,再利用盖斯定律、依据总反应有:③﹣2×②﹣2×①,△H1=890.3kJmol1﹣(﹣283.0kJmol1)﹣2×(﹣285.8kJmol1=+247.3kJmol1

2)①A.反应2CO2g+6H2gCH3OCH3g+3H2Og)正向是体积减小的反应,△S0;由图1可知,随着温度的升高,反应物CO2的转化率降低,说明平衡逆向移动,逆反应吸热,则反应正向放热,故A正确;

B.催化剂能降低反应物的活化能,使可逆反应快速达到平衡,用Ce作催化剂时,CO2的转化率小、且比用Ir作催化剂后达到平衡,说明用Ir作催化剂时反应物的活化能高、反应速率小,故B错误;

C.状态d800℃时某一时刻的平衡状态,反应速率不变,v(正)=v(逆),故C错误;

D.用Ir作催化剂的平衡体系,不平衡状态bd平衡状态,αCO2)先增大后减小,状态d相对开始平衡(750℃左右)时,αCO2)减小的主要是温度升高,可能平衡逆向移动,故D正确;

故选:BC

αCO2=50%,则cCO2)的变化量为0.2mol/L×50%=0.1mol/L,三段式列式为:

2CO2g+6H2gCH3OCH3g+3H2Og

初始浓度:0.2 0.6 0 0

变化浓度:0.1 0.3 0.05 0.15

平衡浓度:0.1 0.3 0.05 0.15

K===23.15

H2CO2的物质的量之比为n1,随着H2的增加,即H2CO2的物质的量之比增大,平衡体系中CO2的转化率增大,二甲醚的物质的量分数x也增大,当n1=62=31时,x值最大;当n131时,x值逐渐减小;当n=3时,x=;故答案为:

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