Question

【题目】现代人追求“低碳生活” ，二氧化碳的回收并利用是环保领域研究的热点和重点。试分析并回答：

(1)有一最新美国科学家的研究成果，利用金属钛和某些装置等，模仿太阳的蓝色波长，使CO2慢慢发生人工“光合作用” 后，被还原成太阳能燃料——甲酸等，该化学方程式是_____________________________；

(2)另有一种用CO2生产甲醇燃料的方法：

CO2＋3H2=CH3OH＋H2O。已知298 K和101 kPa条件下：

CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(l)　ΔH＝－a kJ·mol－1；

2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)　ΔH＝－b kJ·mol－1；

CH3OH(g)=CH3OH(l)　ΔH＝－c kJ·mol－1，

则CH3OH(l)的标准燃烧热ΔH＝________。

(3)工业上合成尿素的反应如下：

2NH3(g)＋CO2(g)=CO(NH2)2(l)＋H2O(l)　ΔH＜0，某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在恒定温度下，将氨气和二氧化碳按2∶1的物质的量之比充入一体积为10 L的密闭容器中(假设容器体积不变，生成物的体积忽略不计)，经20 min达到平衡，各物质浓度的变化曲线如图所示。

①为提高尿素的产率，下列可以采取的措施有________；

A.缩小反应容器的容积

B.升高温度

C.平衡体系中分离出部分CO(NH2)2

D.使用合适的催化剂

②若保持平衡的温度和压强不变，再向容器中充入3 mol的氨气，则此时v正________v逆(填“>”“＝”或“<”)，判断理由_____________________________；

③若保持平衡的温度和体积不变，25 min时再向容器中充入2 mol氨气和1 mol二氧化碳，在40 min时重新达到平衡，请在上图中画出25～50 min内氨气的浓度变化曲线________________。

(4)多孔Al2O3薄膜可作为催化剂载体、模板合成纳米材料等用途。现以高纯铝片作为阳极，不锈钢作为阴极，一定溶度的磷酸溶液作为电解质进行电解，即可初步制取多孔Al2O3膜。请写出该制取过程的阳极电极反应：__________________________________________。

(5)要实现CO2直接加H2合成汽油，关键是_____________________________。

Answer 1

【答案】2CO2＋2 H2O=2HCOOH＋O2 (a＋c－1.5b) kJ·mol－1 A ＜ 保持平衡的温度和压强不变，再向容器中充入3 mol的氨气，体系的体积变大，氨气和二氧化碳的浓度会改变，分别为0.25 mol/L和0.05 mol/L，平衡会向逆反应方向移动，所以逆反应速率大 2Al＋3H2O－6e－=Al2O3＋6H＋ 选择合适的催化剂

【解析】

(1)CO2发生人工“光合作用” ，是CO2与水作用生成甲酸的同时，必有O2生成；

(2)根据盖斯定律进行计算；

(3)①为提高尿素的产率，可以使化学平衡向着正反应方向进行；

②若保持平衡的温度和压强不变，再向容器中充入3 mol的氨气，体系的体积变大，氨气和二氧化碳的浓度会改变，分别为0.25 mol/L和0.05 mol/L，平衡会向逆反应方向移动，所以逆反应速率大；

③25 min时再向容器中充入2 mol氨气和1 mol二氧化碳，在40 min时重新达到平衡，则建立的是等效平衡，氨气的平衡浓度保持不变；

(4)根据题意，以高纯铝片作为阳极制备多孔Al2O3薄膜，以一定溶度的磷酸溶液作为电解质进行电解，即由Al转化为Al2O3；

(5)要实现CO2直接加H2合成汽油，关键是寻找合适的催化剂。

(1)CO2发生人工“光合作用” ，是CO2与水作用生成甲酸的同时，必有O2生成，配平即可，化学方程式是2CO2＋2 H2O=2HCOOH＋O2；

(2)甲醇燃烧热的方程式为：CH3OH(l)＋3/2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l), 结合题目所给信息，CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(l)　ΔH＝－a kJ·mol－1　①

2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)　ΔH＝－b kJ·mol－1　②

CH3OH(g)=CH3OH(l)　ΔH＝－c kJ·mol－1　③

燃烧热的方程式可以由上面三个方程：②×1.5－①－③得到，所以答案为：(a＋c－1.5b) kJ·mol－1；

(3)①为提高尿素的产率，可以使化学平衡向着正反应方向进行，

A.缩小反应容器的容积，即增大压强，化学平衡正向移动，选项A正确；

B.升高温度，化学平衡2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(s)　ΔH1＜0逆向移动，选项B错误；

C.平衡体系中分离出部分CO(NH2)2，由于CO(NH2)2是液态，所以没有影响，选项C错误；

D.使用合适的催化剂，不会引起平衡的移动，选项D错误。

答案选A；

②若保持平衡的温度和压强不变，再向容器中充入3 mol的氨气，体系的体积变大，氨气和二氧化碳的浓度会改变，分别为0.25 mol/L和0.05 mol/L，平衡会向逆反应方向移动，所以逆反应速率大，答案为＜；

③25 min时再向容器中充入2 mol氨气和1 mol二氧化碳，在40 min时重新达到平衡，则建立的是等效平衡，氨气的平衡浓度保持不变，曲线如下：

(4)根据题意，以高纯铝片作为阳极制备多孔Al2O3薄膜，以一定溶度的磷酸溶液作为电解质进行电解，即由Al转化为Al2O3，缺氧元素，可以从水中获得氧元素，而氢则以离子形式存在；该制取过程的阳极电极反应为：2Al＋3H2O－6e－=Al2O3＋6H＋；

(5)要实现CO2直接加H2合成汽油，关键是寻找合适的催化剂，如中科院大连所专家已于最近成功实现了CO2直接加氢制取高辛烷值汽油，采用的是新型复合催化剂含Fe3O4等，方程式为：8CO2＋25H2C8H18＋16H2O。