Question

【題目】CO2是地球上取之不盡用之不竭的碳源，將CO2應(yīng)用于生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)其綜合利用是目前的研究熱點(diǎn)。

（1）由CO2轉(zhuǎn)化為羧酸是CO2資源化利用的重要方法。

I.在催化作用下由CO2和CH4轉(zhuǎn)化為CH3COOH的反應(yīng)歷程示意圖如圖。

①在合成CH3COOH的反應(yīng)歷程中，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是_____。（填字母）

a.該催化劑使反應(yīng)的平衡常數(shù)增大

b.CH4→CH3COOH過(guò)程中，有C—H鍵發(fā)生斷裂

c.由X→Y過(guò)程中放出能量并形成了C—C鍵

②該條件下由CO2和CH4合成CH3COOH的化學(xué)方程式為_____。

II.電解法轉(zhuǎn)化CO2制HCOOH的原理如圖。

①寫出陰極CO2還原為HCOO-的電極反應(yīng)式：_____。

②電解一段時(shí)間后，陽(yáng)極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低，其原因是_____。

（2）由CO2合成甲醇是CO2資源化利用的重要方法。研究表明在催化劑作用下CO2和H2可發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH

①有利于提高合成CH3OH反應(yīng)中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率的措施有_____。（填字母）

a.使用催化劑 b.加壓 c.增大初始投料比

②研究溫度對(duì)于甲醇產(chǎn)率的影響。在210℃~290℃保持原料氣中CO2和H2的投料比不變，得到甲醇的實(shí)際產(chǎn)率、平衡產(chǎn)率與溫度的關(guān)系如圖所示。ΔH____0（填“＞”或“＜”），其依據(jù)是____。

Answer 1

【答案】bc CH4+CO2CH3COOH 2CO2+HCO3-+2e-=HCOO-+CO32- 陽(yáng)極產(chǎn)生O2，c（H+）增大，c（HCO3-）降低；K+部分進(jìn)入陰極 b < 溫度升高，甲醇的平衡產(chǎn)率降低

【解析】

(1)Ⅰ．①根據(jù)合成示意圖進(jìn)行判斷；

②由圖示寫出由CO2和CH4合成CH3COOH的化學(xué)方程式；

Ⅱ．①根據(jù)圖示分析，陰極CO2得電子，寫出CO2還原為HCOO-的電極反應(yīng)式；

②根據(jù)電解池反應(yīng)原理分析；

(2)①根據(jù)平衡轉(zhuǎn)化率影響因素方面分析；

②根據(jù)圖像得甲醇的平衡產(chǎn)率隨著溫度的升高的變化趨勢(shì)。

(1)Ⅰ．①a．催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)速率，不能改變反應(yīng)的平衡常數(shù)，故a錯(cuò)誤；

b．由圖中變化可知甲烷在催化劑作用下選擇性活化，甲烷分子中碳原子會(huì)與催化劑形成新的共價(jià)鍵，必有C-H鍵發(fā)生斷裂，故b正確；

c．X→Y的焓值降低，說(shuō)明為放熱過(guò)程，由CH4→CH3COOH有C-C鍵形成，故c正確；

故答案選bc；

②由圖示可知，由CO2和CH4合成CH3COOH的化學(xué)方程式為CH4+CO2CH3COOH；

Ⅱ．①陰極得電子，CO2還原為HCOO-的電極反應(yīng)式為：2CO2+HCO3-+2e-=HCOO-+CO32-；

②陽(yáng)極H2O失電子產(chǎn)生O2，c(H+)增大，碳酸氫根離子與氫離子反應(yīng)，所以c(HCO3-)降低，K+部分進(jìn)入陰極，導(dǎo)致陽(yáng)極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低；

(2)①a．使用催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)速率，不影響化學(xué)平衡，也就不影響CO2的平衡轉(zhuǎn)化率；

b．該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，加壓能使化學(xué)平衡正向移動(dòng)，能夠提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率；

c．增大CO2和H2的初始投料比，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率降低；

故答案選b；

②根據(jù)圖像可知，甲醇的平衡產(chǎn)率隨著溫度的升高而降低，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即ΔH<0。