Question

【題目】近年科學(xué)家提出“綠色自由”構(gòu)想。把空氣中的CO2進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并使之與H2反應(yīng)生成可再生能源甲醇。

（1）工業(yè)生產(chǎn)中可利用H2還原CO2制備清潔能源甲醇。

①下列關(guān)于氫能的說(shuō)法正確的是____。

A．氫能是清潔能源 B．氫能是二次能源

C．氫能是不可再生能源 D．氣態(tài)氫能源更容易保存和運(yùn)輸

②已知CO（g）和H2（g）的燃燒熱（△H）分別為-283.0kJmol-1、-285.8kJmol-1。CO與H2合成甲醇的能量變化如圖甲所示：

則用CO2（g）和H2（g）制備液態(tài)甲醇的熱化學(xué)方程式為____。

③將一定量的CO2和H2充入到某恒容密閉容器中，測(cè)得在不同催化劑作用下，相同時(shí)間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率與溫度的變化如圖乙所示：催化效果最好的是催化劑____（選填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）。

（2）利用CO和水蒸氣可生產(chǎn)H2，反應(yīng)的化學(xué)方程式：CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）。將不同量的CO（g）和H2O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中進(jìn)行如下反應(yīng)，得到三組數(shù)據(jù)如表所示：

溫度/℃	起始量		達(dá)到平衡
	CO/mol	H2O/mol	H2/mol	CO轉(zhuǎn)化率	時(shí)間/min
650	4	2	1.6		10
900	3	2			5

900℃時(shí)，達(dá)到平衡時(shí)的反應(yīng)速率v（H2O）=____。（保留2位小數(shù)）。

（3）科學(xué)家還研究了其他轉(zhuǎn)化溫室氣體的方法，利用如圖所示裝置可以將CO2轉(zhuǎn)化為氣體燃料CO。該裝置工作時(shí)，N電極的電極反應(yīng)式為____。

Answer 1

【答案】AB CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（l）+H2O（l）△H=-93.8kJmol-1 I 0.10molL-1min-1 CO2+2H++2e-═CO+H2O

【解析】

（1）①A.氫氣的燃燒產(chǎn)物只有水，不會(huì)污染環(huán)境，是一種清潔能源，故A正確；

B. 氫氣在自然界中不能直接獲得，要通過(guò)電解水的方法獲得，因此氫能屬于二次能源，故B正確；

C. 氫氣燃燒的產(chǎn)物是水，在通過(guò)電解水產(chǎn)生氫氣，形成循環(huán)，因此氫能可再生，故C錯(cuò)誤；

D. 由于氫氣難壓縮，且易燃燒，所以不易保存和運(yùn)輸，故D錯(cuò)誤。

答案選AB。

② 根據(jù)CO（g）和H2（g）的燃燒熱（△H），可列熱化學(xué)方程式：

（Ⅰ）CO（g）+O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJmol-1；

（Ⅱ）H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H=-285.8kJmol-1；

根據(jù)圖象曲線變化可寫(xiě)出熱化學(xué)方程式（Ⅲ）：CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=-（510-419）kJmol-1=-91kJmol-1。

根據(jù)蓋斯定律，利用（Ⅱ）+（Ⅲ）-（Ⅰ），可得熱化學(xué)方程式：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（l）+H2O（l）△H=-93.8kJmol-1，

故答案為：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（l）+H2O（l）△H=-93.8kJmol-1；

③由圖象可知催化劑I的作用下，CO2的轉(zhuǎn)化率最高，即為催化效果最佳；故答案為：I

（2）900℃時(shí)，結(jié)合CO的轉(zhuǎn)化率，根據(jù)三段式進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理：
CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

起始/mol 3 2 0 0

轉(zhuǎn)化/mol 1 1 1 1

平衡/mol 2 1 1 1

v（H2O）==0.10molL-1min-1

故答案為：0.10molL-1min-1

（3）根據(jù)裝置圖分析，M電極上H2O失去電子轉(zhuǎn)化為O2和H+，N電極上CO2轉(zhuǎn)化為CO，過(guò)程為得電子反應(yīng)，H+通過(guò)質(zhì)子交換膜參與反應(yīng)生成H2O，則N電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為：CO2+2H++2e═CO+H2O，

故答案為：CO2++2e═CO+H2O。