Question

【題目】CO2是一種廉價(jià)的碳資源，綜合利用CO2對構(gòu)建低碳社會有重要意義。

（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 則反應(yīng)：CO2(g)+H2O(g) =CO(g)+H2(g)+O2(g) ΔH=________。

（2）工業(yè)生產(chǎn)中可利用H2還原CO2制備清潔能源甲醇：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH＜0

①保持溫度、體積一定，能說明上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_________。

A．容器內(nèi)壓強(qiáng)不變 B．3v正 (CH3OH)= v正 (H2)

C．容器內(nèi)氣體的密度不變 D．CO2與H2O的物質(zhì)的量之比保持不變

②將一定量的CO2和H2充入到某恒容密閉容器中，測得在不同催化劑作用下，相同時間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖所示，催化效果最好的是催化劑________（填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”），該反應(yīng)在a點(diǎn)達(dá)到平衡狀態(tài)，a點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率比b點(diǎn)的高，其原因是________。

（3）固體氧化物電解池（SOEC）可用于高溫電解CO2/H2O，既可高效制備合成氣(CO和H2)，又可實(shí)現(xiàn)CO2的減排，其工作原理如圖。

①電源正極為________（填“a”或“b”），電極c上發(fā)生的電極反應(yīng)式為________、_____。

②陰陽兩極生成的氣體的物質(zhì)的量之比為________。

Answer 1

【答案】+524.8kJ·mol－1 AD Ⅰ 該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，達(dá)平衡后，隨溫度升高，平衡逆向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率降低 b H2O+2e－=H2↑+O2－ CO2+2e－=CO+O2－ 2:1

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行分析計(jì)算；

（2）①根據(jù)平衡狀態(tài)判斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行v正= v逆，各組分的濃度及由此引出相關(guān)的物質(zhì)的量的變化情況進(jìn)行分析；

②從圖中看，相同溫度下，Ⅰ 中CO2的轉(zhuǎn)化率最大，說明反應(yīng)速率最快，催化效果最好；該反應(yīng)在a點(diǎn)達(dá)到平衡狀態(tài)，a點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率比b點(diǎn)的高，說明繼續(xù)升高溫度，平衡逆向移動，從而得出其原因是該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，據(jù)此進(jìn)行分析；

（3）①從圖中看出，H2O、CO2在c電極轉(zhuǎn)化為H2、CO，說明此電極為陽極，則與之相連的a電極為負(fù)極，電源正極為b；電極c為電解池的陰極，發(fā)生還原反應(yīng)；

②陽極的電極反應(yīng)為2O2—4e- =O2↑，根據(jù)電子得失守恒規(guī)律，計(jì)算出陰陽兩極生成的氣體的物質(zhì)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

根據(jù)蓋斯定律將②-①得：CO2(g)+H2O(g) =CO(g)+H2(g)+O2(g) ΔH= +524.8kJ·mol－1；

答案為：+524.8kJ·mol－1；

（2）①A．因?yàn)榉磻?yīng)前后氣體分子數(shù)不等，所以容器內(nèi)壓強(qiáng)不變時，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，A符合題意；

B．3v正(CH3OH)= v正(H2)，反應(yīng)向同一方向進(jìn)行，不一定是平衡狀態(tài)，B不正確；

C．因?yàn)闅怏w的質(zhì)量不變，容器的容積不變，所以容器內(nèi)氣體的密度始終不變，C不正確；

D．CO2與H2O的物質(zhì)的量之比保持不變，則平衡不發(fā)生移動，D達(dá)平衡狀態(tài)，符合題意；

故選AD；

②從圖中看，相同溫度下，Ⅰ 中CO2的轉(zhuǎn)化率最大，說明反應(yīng)速率最快，催化效果最好；

該反應(yīng)在a點(diǎn)達(dá)到平衡狀態(tài)，a點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率比b點(diǎn)的高，說明繼續(xù)升高溫度，平衡逆向移動，從而得出其原因是該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，達(dá)平衡后，隨溫度升高，平衡逆向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率降低；

答案為：Ⅰ；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，達(dá)平衡后，隨溫度升高，平衡逆向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率降低；

（3）①從圖中看出，H2O、CO2在c電極轉(zhuǎn)化為H2、CO，說明此電極為陽極，則與之相連的a電極為負(fù)極，電源正極為b；電極c上發(fā)生的電極反應(yīng)式為H2O+2e－=H2↑+O2－、CO2+2e－=CO+O2－；

答案為：b；H2O+2e－=H2↑+O2－、CO2+2e－=CO+O2－；

②陽極的電極反應(yīng)為2O2—4e- =O2↑，按得失電子總數(shù)相等的原則，設(shè)電路中通過4mole-，則陽極生成1molO2，陰極生成2molH2，或2molCO，或2mol二者的混合氣，從而得出陰陽兩極生成的氣體的物質(zhì)的量之比為2:1；

答案為2:1。