Question

【題目】碳及其化合物廣泛存在于自然界。隨著科技的進步，利用化學反應原理將含碳物質進行合理轉化，已成為資源利用、環境保護等社會關注問題的焦點。如CO2是人類工業生產排放的主要的溫室氣體，利用CO2制造更高價值化學品是目前的研究熱點。

（1）①利用CH4和CO2這兩種溫室氣體可以生產水煤氣。已知：CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g) △H =890.3 kJ·mol－1

CO(g)＋H2O (g)＝CO2(g)＋H2 (g) △H =+2.8 kJ·mol－1

2CO(g)＋O2(g)＝2CO2(g) △H =566.0 kJ·mol－1

反應CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g) 的△H =____kJ·mol－1

②250℃時，以鎳合金為催化劑，向4 L恒容容器中通入6 mol CO2、6 mol CH4，發生如下反應：CO2 (g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g)。平衡體系中各組分體積分數如下表：

物質	CH4	CO2	CO	H2
體積分數	0.1	0.1	0.4	0.4

此溫度下該反應的平衡常數K=_______。

（2）利用CO2催化加氫可以合成乙醇，反應原理為：2CO2(g)+6H2(g) C2H5OH(g)+3H2O(g) H<0,設m為起始時的投料比，即m= n(H2)/ n(CO2)。

①圖1中投料比相同，溫度從高到低的順序為____。

②圖2中m1、m2、m3從大到小的順序為____。

（3）高溫電解技術能高效實現下列反應：CO2+H2O CO+H2+O2，其可將釋放的CO2轉化為具有工業利用價值的產品。工作原理示意圖如下：

電極a的電極反應式____。

（4）工業生產煙氣中的CO2捕獲技術之一是氨水溶液吸收技術，將煙氣冷卻至15.5℃～26.5℃后用氨水吸收過量的CO2。已知：NH3·H2O的Kb=1.7×10－5，H2CO3的Ka1=4.3×10－7、Ka2=5.6×10－11。吸收后所得溶液的pH____7（填“＞”、“=”或“＜”）。

Answer 1

【答案】+247.3 64 CO2+H2O + 4e- =CO+H2+2O2 - ＞

【解析】

（1）①根據蓋斯定律得出答案；②先按照三段式建立關系，再列關系，解得答案。

（2）①圖1中投料比相同，同壓下，從下往上，轉化率變大，分析評估移動；②當溫度相同，從下往上，轉化率升高，分析反應物的量對轉化率的影響得出答案。

（3）A極化合價降低，發生還原反應，從而寫出答案。

（4）用氨水吸收過量的CO2生成碳酸氫銨，根據NH3·H2O的電離平衡常數與H2CO3的Ka1平衡常數分析得出答案。

（1）（1）根據蓋斯定律，第1個反應減第2個反應的2倍，再減第3個反應的2倍，得到反應CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g) 的△H =+247.3kJ·mol－1，故答案為：+247.3。

② CO2 (g) ＋ CH4(g) 2CO(g) ＋ 2H2(g)

開始：6mol 6mol 0 0

轉化：xmol xmol 2xmol 2xmol

平衡：(6-x)mol (6-x)mol 2xmol 2xmol

解得x = 4

，故答案為：64。

（2）①圖1中投料比相同，同壓下，從下往上，轉化率變大，平衡正向移動，減小溫度，因此溫度從高到低的順序為T3 > T2 > T1，故答案為：T3 > T2 > T1。

②當溫度相同，從下往上，轉化率升高，則氫氣量越來越大，即投料比m增大，因此圖2中m1、m2、m3從大到小的順序為m1 > m2 > m3，故答案為：m1 > m2 > m3。

（3）A極化合價降低，發生還原反應，因此電極a的電極反應式CO2+H2O +4e－= CO+H2+ 2O2－，故答案為：CO2+H2O +4e－= CO+H2+ 2O2－。

（4）用氨水吸收過量的CO2生成碳酸氫銨，由于NH3·H2O的Kb=1.7×10－5大于H2CO3的Ka1=4.3×10－7，因此吸收后所得溶液的pH ＞ 7，故答案為：＞。