Question

【题目】CO2是一种廉价的碳资源，综合利用CO2对构建低碳社会有重要意义。

（1）已知： H2(g)+ O2(g) =H2O(g) ΔH=－241.8kJ·mol－1 CO2(g) = CO(g)+ O2(g) ΔH=+283.0kJ·mol－1 则反应：CO2(g)+H2O(g) =CO(g)+H2(g)+O2(g) ΔH=________。

（2）工业生产中可利用H2还原CO2制备清洁能源甲醇：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH＜0

①保持温度、体积一定，能说明上述反应达到平衡状态的是_________。

A．容器内压强不变 B．3v正 (CH3OH)= v正 (H2)

C．容器内气体的密度不变 D．CO2与H2O的物质的量之比保持不变

②将一定量的CO2和H2充入到某恒容密闭容器中，测得在不同催化剂作用下，相同时间内CO2的转化率随温度的变化如图所示，催化效果最好的是催化剂________（填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”），该反应在a点达到平衡状态，a点的转化率比b点的高，其原因是________。

（3）固体氧化物电解池（SOEC）可用于高温电解CO2/H2O，既可高效制备合成气(CO和H2)，又可实现CO2的减排，其工作原理如图。

①电源正极为________（填“a”或“b”），电极c上发生的电极反应式为________、_____。

②阴阳两极生成的气体的物质的量之比为________。

Answer 1

【答案】+524.8kJ·mol－1 AD Ⅰ 该反应为放热反应，达平衡后，随温度升高，平衡逆向移动，CO2的转化率降低 b H2O+2e－=H2↑+O2－ CO2+2e－=CO+O2－ 2:1

【解析】

（1）根据盖斯定律进行分析计算；

（2）①根据平衡状态判断标准进行v正= v逆，各组分的浓度及由此引出相关的物质的量的变化情况进行分析；

②从图中看，相同温度下，Ⅰ 中CO2的转化率最大，说明反应速率最快，催化效果最好；该反应在a点达到平衡状态，a点的转化率比b点的高，说明继续升高温度，平衡逆向移动，从而得出其原因是该反应为放热反应，据此进行分析；

（3）①从图中看出，H2O、CO2在c电极转化为H2、CO，说明此电极为阳极，则与之相连的a电极为负极，电源正极为b；电极c为电解池的阴极，发生还原反应；

②阳极的电极反应为2O2—4e- =O2↑，根据电子得失守恒规律，计算出阴阳两极生成的气体的物质的量之比。

（1）H2(g)+ O2(g) =H2O(g) ΔH=－241.8kJ·mol－1 ①

CO2(g) = CO(g)+ O2(g) ΔH=+283.0kJ·mol－1 ②

根据盖斯定律将②-①得：CO2(g)+H2O(g) =CO(g)+H2(g)+O2(g) ΔH= +524.8kJ·mol－1；

答案为：+524.8kJ·mol－1；

（2）①A．因为反应前后气体分子数不等，所以容器内压强不变时，反应达平衡状态，A符合题意；

B．3v正(CH3OH)= v正(H2)，反应向同一方向进行，不一定是平衡状态，B不正确；

C．因为气体的质量不变，容器的容积不变，所以容器内气体的密度始终不变，C不正确；

D．CO2与H2O的物质的量之比保持不变，则平衡不发生移动，D达平衡状态，符合题意；

故选AD；

②从图中看，相同温度下，Ⅰ 中CO2的转化率最大，说明反应速率最快，催化效果最好；

该反应在a点达到平衡状态，a点的转化率比b点的高，说明继续升高温度，平衡逆向移动，从而得出其原因是该反应为放热反应，达平衡后，随温度升高，平衡逆向移动，CO2的转化率降低；

答案为：Ⅰ；该反应为放热反应，达平衡后，随温度升高，平衡逆向移动，CO2的转化率降低；

（3）①从图中看出，H2O、CO2在c电极转化为H2、CO，说明此电极为阳极，则与之相连的a电极为负极，电源正极为b；电极c上发生的电极反应式为H2O+2e－=H2↑+O2－、CO2+2e－=CO+O2－；

答案为：b；H2O+2e－=H2↑+O2－、CO2+2e－=CO+O2－；

②阳极的电极反应为2O2—4e- =O2↑，按得失电子总数相等的原则，设电路中通过4mole-，则阳极生成1molO2，阴极生成2molH2，或2molCO，或2mol二者的混合气，从而得出阴阳两极生成的气体的物质的量之比为2:1；

答案为2:1。