Question

CO₂是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。

（一）CO₂的化学捕获：

（1）CO₂可以被NaOH溶液捕获。若所得溶液pH=13，CO₂主要转化为___（写含碳粒子符号）。（室温下，H₂CO₃的K_a1=4.3×10^﹣7；K_a2=5.6×10^﹣11）

（2）固体氧化物电解池（SOEC）用于高温共电解CO/H₂，既可实现CO₂的减排又可高效制备合成气（CO/H₂），其工作原理如图。写出电极A发生的电极反应式___。

（二）CO₂的综合利用

（1）CO₂与CH₄经催化重整制得合成气：

反应Ⅰ．CH₄（g）H+CO₂（g）⇌2CO（g）+2H₂（g）△H₁

已知氢气、一氧化碳和甲烷的标准燃烧热（25℃）如表所示

物质	H2（g）	CO（g）	CH4（g）
标准燃烧热△H/kJ•mol^﹣^1	﹣285.8	﹣283.0	﹣890.3

则反应I的△H=___kJ•mol^﹣1。

（2）用CO₂催化加氢制取二甲醚的反应为：反应Ⅱ.2CO₂（g）+6H₂（g）⇌CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g），在10L恒容密闭容器中，均充入2mol CO₂和6moH₂，分别以铱（Ir）和铈（Ce）作催化剂，反应进行相同的时间后测得的CO₂的转化率α（CO₂）随反应温度的变化情况如图1。

①根据图1，下列说法不正确的是___。

A．反应Ⅱ的△H＜0，△S＜0

B．用Ir和Ce作催化剂时，反应Ⅱ的活化能更低的是Ce

C．状态d时，v（正）＜v（逆）

D．从状态b到d，α（CO₂）先增大后减小，减小的原因可能是温度升高平衡逆向移动

②状态e（900K）时，α（CO₂）=50%，则此时的平衡常数K=___。

③若H₂和CO₂的物质的量之比为n：1，900K时相应平衡体系中二甲醚的物质的量分数为x，请在图2中绘制x随n变化的示意图。_______

Answer

CO32﹣ CO2+2e﹣═CO+O2﹣、H2O+2e﹣=H2+O2﹣ +247.3 BC 或23.15

【解析】

（一）（1）K2==5×10﹣11，当溶液的pH=13，c（H＋）=10-13，有==500，即c（CO32﹣）＞＞c（HCO3﹣）；

（2）电解池中，根据O2－移动方向可知：A电极为阴极，该电极上发生还原反应，CO2、H2O分别在A极得到电子发生还原反应生成CO、H2，同时生成O2－；

（二）（1）写出H2、CO、CH4燃烧热的热化学方程式：①H2（g）+O2（g）=H2O（g）△H=﹣285.8kJ•mol﹣1、②CO（g）+O2（g）=CO2（g）△H=﹣283.0kJ•mol﹣1、③CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H=﹣890.3kJ•mol﹣1，再利用盖斯定律求出CH4（g）H+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）的△H1；

（2）①A．反应2CO2（g）+6H2（g）=CH3OCH3（g）+3H2O（g）正向是体积减小的反应，△S＜0；由图1可知，状态d是用Ce作催化剂的平衡状态，随着温度的升高，反应物CO2的转化率降低，说明反应正向放热；

B．催化剂能降低反应物的活化能，加快反应速率，使可逆反应快速达到平衡，用Ce作催化剂时，CO2的转化率小、且比用Ir作催化剂后达到平衡，即反应速率小；

C．状态d是使用两种催化剂时一定温度下，某一时刻的平衡状态，反应速率不变；

D．状态b到d是用Ir作催化剂的平衡体系，平衡状态d相对开始平衡（750℃左右）时，α（CO2）减小主要由温度影响，可能平衡逆向移动；

②α（CO2）=50%，则c（CO2）的变化量为0.2mol·L－1×50%=0.1mol·L－1，利用三段式列式，求出平衡量，再求出平衡常数k；

③H2和CO2的物质的量之比为n：1，随着H2的增加，即H2和CO2的物质的量之比增大，平衡体系中CO2的转化率增大，二甲醚的物质的量分数x也增大，当n：1=6：2=3：1时，x值最大；当n：1＞3：1时，x值逐渐减小；当n=3时，x=1/12。

（一）（1）K2==5×10﹣11，当溶液的pH=13，c（H+）=10﹣13，有==500，即c（CO32﹣）＞＞c（HCO3﹣），所以该溶液中含碳粒子以阴离子CO32﹣为主；

（2）根据电解池中O2﹣移动方向推断：A电极为阴极，该电极上发生还原反应，CO2、H2O分别在A极得到电子发生还原反应生成CO、H2，同时生成O2，所以CO2在A极反应式为：CO2+2e﹣═CO+O2﹣，H2O在A电极反应式为：H2O+2e﹣=H2+O2﹣；

（二）（1）H2、CO、CH4燃烧热的热化学方程式分别为：①H2（g）+O2（g）=H2O（g）△H=﹣285.8kJ•mol﹣1、②CO（g）+O2（g）=CO2（g）△H=﹣283.0kJ•mol﹣1、③CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H=﹣890.3kJ•mol﹣1，再利用盖斯定律、依据总反应有：③﹣2×②﹣2×①，△H1=﹣890.3kJ•mol﹣1﹣（﹣283.0kJ•mol﹣1）﹣2×（﹣285.8kJ•mol﹣1）=+247.3kJ•mol﹣1；

（2）①A．反应2CO2（g）+6H2（g）⇌CH3OCH3（g）+3H2O（g）正向是体积减小的反应，△S＜0；由图1可知，随着温度的升高，反应物CO2的转化率降低，说明平衡逆向移动，逆反应吸热，则反应正向放热，故A正确；

B．催化剂能降低反应物的活化能，使可逆反应快速达到平衡，用Ce作催化剂时，CO2的转化率小、且比用Ir作催化剂后达到平衡，说明用Ir作催化剂时反应物的活化能高、反应速率小，故B错误；

C．状态d是800℃时某一时刻的平衡状态，反应速率不变，v（正）=v（逆），故C错误；

D．用Ir作催化剂的平衡体系，不平衡状态b到d平衡状态，α（CO2）先增大后减小，状态d相对开始平衡（750℃左右）时，α（CO2）减小的主要是温度升高，可能平衡逆向移动，故D正确；

故选：BC；

②α（CO2）=50%，则c（CO2）的变化量为0.2mol/L×50%=0.1mol/L，三段式列式为：

2CO2（g）+6H2（g）⇌CH3OCH3（g）+3H2O（g）

初始浓度：0.2 0.6 0 0

变化浓度：0.1 0.3 0.05 0.15

平衡浓度：0.1 0.3 0.05 0.15

K===≈23.15；

③H2和CO2的物质的量之比为n：1，随着H2的增加，即H2和CO2的物质的量之比增大，平衡体系中CO2的转化率增大，二甲醚的物质的量分数x也增大，当n：1=6：2=3：1时，x值最大；当n：1＞3：1时，x值逐渐减小；当n=3时，x=；故答案为：。