Question

【题目】CO2的资源化利用能有效减少CO2排放，充分利用碳资源。

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

已知：C(s)+2H2(g)=CH4(g) ΔH=－75 kJ·mol1

C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=－394 kJ·mol1

C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH=－111 kJ·mol1

①该催化重整反应的ΔH=____ kJ·mol1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是____（填标号）。

A．高温低压 B．低温高压 C．高温高压 D．低温低压

②某温度下，在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为______mol2·L2。下列可判断该反应达到平衡的是_________（填标号）。

A．单位时间内生成n mol的CH4，同时生成n mol的H2 B．v(CH4):v(CO)=1:2

C．容器中混合气体的密度不再发生变化 D．容器中的压强保持不变

（2）CO2可以被(NH4)2CO3溶液捕获，反应为(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)=2NH4HCO3(aq)　ΔH。为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响，在某温度T1下，将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO2气体(用氮气作为稀释剂)，在t时刻，测得容器中CO2气体的浓度。然后分别在温度为T2、T3、T4、T5下，保持其他初始实验条件不变，重复上述实验，经过相同时间测得CO2气体浓度，其关系如图1，则ΔH______(填“>”、“＝”或“<”)0。

（3）O2辅助的Al-CO2电池工作原理如图2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。

电池的负极反应式：________________________________。

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

反应过程中O2的作用是_________________。

（4）CO2可以被NaOH溶液捕获。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)

Answer 1

【答案】+247或247 A 或0.33 D < Al－3e－=Al3＋(或2Al－6e－=2Al3＋) 催化剂 10

【解析】

（1）①已知：a.C(s)+2H2(g)=CH4(g) ΔH=－75 kJ·mol1

b.C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=－394 kJ·mol1

c.C(s)+O2(g)=CO(g) ΔH=－111 kJ·mol1

将方程式2c-a-b得CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g），△H=2×（-111kJ·mol－1）-（-75kJ·mol－1）-（-394kJ·mol－1）=+247kJ·mol－1；

要提高CH4平衡转化率应该使平衡正向移动，但是不能通过增大甲烷浓度实现，该反应的正反应是一个反应前后气体体积增加的吸热反应，升高温度、减小压强能使平衡正向移动，增大甲烷转化率，故选A；

②达到平衡时CO2的转化率是50%，根据方程式知，参加反应的n（CO2）=n（CH4）=1mol×50%=0.5mol，生成的n（CO）=n（H2）=1mol，

CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g），

开始（mol·L－1） 1 0.5 0 0

反应（mol·L－1） 0.25 0.25 0.5 0.5

平衡（mol·L－1） 0.75 0.25 0.5 0.5

化学平衡常数K== =1/3；

A．单位时间内生成n mol的CH4，同时生成n mol的H2 ，正逆反应速率不相等，反应未达到平衡，故A错误；

B．v(CH4):v(CO)=1:2，无法确定正逆速率是否相等，故B错误；

C．反应物和生成物均为气体且为恒容容器，容器中气体的密度始终不变，则容器中混合气体的密度不再发生变化，不能用于判断是否达到平衡状态，故C错误；

D．反应前后体积不等，容器中的压强保持不变，能用于判断是否达到平衡状态，故D正确；

故选D。

（2）从c（CO2）的变化趋势可知，开始时减小是没达到平衡，拐点是平衡点，拐点后随温度的升高c（CO2）增大，说明平衡向逆向移动，正反应为放热反应，则△H＜0；

（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－=Al3＋；在正极的反应式中，氧气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；

（4）K2=c(CO32－)c(H＋)/c(HCO3－)=5×10-11，且所得溶液c（HCO3－）：c（CO32－）=2：1，c（H＋）=K2·c(HCO3－)/c(CO32－)=5×10-11×2=1×10-10，pH=10。