Question

【題目】CO2是一種廉價的碳資源，其綜合利用具有重要意義。回答下列問題：

（1）CO2可以被NaOH溶液捕獲。若所得溶液pH=13，CO2主要轉化為______（寫離子符號）；若所得溶液c(HCO3)∶c(CO32)=2∶1，溶液pH=___________。（室溫下，H2CO3的K1=4×107；K2=5×1011）

（2）CO2與CH4經催化重整，制得合成氣：

CH4(g)+ CO2(g) 2CO (g)+ 2H2(g)

①已知上述反應中相關的化學鍵鍵能數據如下：

化學鍵	C—H	C=O	H—H	CO(CO)
鍵能/kJ·mol1	413	745	436	1075

則該反應的ΔH=_________。分別在VL恒溫密閉容器A（恒容）、B（恒壓，容積可變）中，加入CH4和CO2各1 mol的混合氣體。兩容器中反應達平衡后放出或吸收的熱量較多的是_______（填“A” 或“B ”）。

②按一定體積比加入CH4和CO2，在恒壓下發生反應，溫度對CO和H2產率的影響如圖3所示。此反應優選溫度為900℃的原因是________。

（3）O2輔助的Al～CO2電池工作原理如圖4所示。該電池電容量大，能有效利用CO2，電池反應產物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。

電池的負極反應式：________。

電池的正極反應式：6O2+6e6O2

6CO2+6O23C2O42

反應過程中O2的作用是________。

該電池的總反應式：________。

Answer 1

【答案】 CO32- 10 +120 kJ·mol-1 B 900 ℃時，合成氣產率已經較高，再升高溫度產率增幅不大，但能耗升高，經濟效益降低。 Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+） 催化劑 2Al+6CO2=Al2(C2O4)3

【解析】分析：本題考查的是化學反應原理的綜合應用，主要包括反應與能量以及化學反應速率、平衡的相關內容。只需要根據題目要求，利用平衡速率的方法進行計算即可。

詳解：（1）CO2可以被NaOH溶液捕獲。若所得溶液pH=13，因為得到溶液的堿性較強，所以CO2主要轉化為碳酸根離子（CO32-）。若所得溶液c(HCO3)∶c(CO32)=2∶1，，則根據第二步電離平衡常數K2==5×1011，所以氫離子濃度為1×10-10mol/L，pH=10。

（2）①化學反應的焓變應該等于反應物鍵能減去生成物的鍵能，所以焓變為(4×413+2×745)－(2×1075+2×436)= +120 kJ·mol-1。初始時容器A、B的壓強相等，A容器恒容，隨著反應的進行壓強逐漸增大（氣體物質的量增加）；B容器恒壓，壓強不變；所以達平衡時壓強一定是A中大，B中小，此反應壓強減小平衡正向移動，所以B的反應平衡更靠右，反應的更多，吸熱也更多。

②根據圖3得到，900℃時反應產率已經比較高，溫度再升高，反應產率的增大并不明顯，而生產中的能耗和成本明顯增大，經濟效益會下降，所以選擇900℃為反應最佳溫度。

（3）明顯電池的負極為Al，所以反應一定是Al失電子，該電解質為氯化鋁離子液體，所以Al失電子應轉化為Al3+，方程式為：Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）。根據電池的正極反應，氧氣再第一步被消耗，又在第二步生成，所以氧氣為正極反應的催化劑。將方程式加和得到，總反應為：2Al+6CO2=Al2(C2O4)3。