Question

【題目】CO2既是溫室氣體，也是重要的化工原料。以CO2為原料可合成多種物質。

（1）利用CO2和CH4重整可制合成氣（主要成分CO、H2），重整過程中部分反應的熱化學方程式為：

①CH4(g) = C(s) + 2H2(g) △H = +75.0 kJ·mol1

②CO2(g) + H2(g) = CO(g) + H2O(g) △H = +41.0 kJ·mol1

③CO(g) + H2(g) = C(s) + H2O(g) △H = －131.0 kJ·mol1

反應CO2(g) + CH4(g) = 2CO(g) + 2H2(g)的△H= ____。

（2）在一定溫度下，向2L固定容積的密閉容器中通入2 mol CO2和6 mol H2發生反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H<0。測得CO2和CH3OH(g)濃度隨時間變化如下圖所示。

①前10 min內的平均反應速率υ(H2)=____ mol∕(L·min)。

②能說明該反應已達平衡狀態的是____。

A．c(CO2):c(H2):c(CH3OH):c(H2O)=1:3:1:1

B．混合氣體的平均摩爾質量保持不變

C．CH3OH的體積分數在混合氣體中保持不變

D．混合氣體的密度不隨時間變化

③下列措施能使n(CH3OH) ∕n(CO2) 增大的是____。

A．升高溫度 B．恒溫恒容充入He(g)

C．使用高效催化劑 D．恒溫恒容下，再充入1mol CO2、3mol H2

④該溫度下的平衡常數K=____(L∕mol)2。

（3）用100mL 0.25 mol∕L Na2CO3溶液吸收標準狀況下336mL的CO2氣體（溶液體積變化忽略不計），所得溶液中：c(HCO3)+c(CO32)+c(H2CO3)=____ mol∕L（填數字）。

（4）在強酸性的電解質水溶液中，惰性材料做電極，電解CO2可得到多種燃料，其原理如圖所示。

① b電極的名稱是____。

② 請寫出電解時生成乙烯的電極反應式____。

Answer 1

【答案】 ＋247 kJ·mol-1 0.225 B、C D 16/3或5.33 0.4 正 2CO2＋12H＋＋12e－＝C2H4＋4H2O

【解析】試題分析：(1)根據蓋斯定律計算CO2(g) + CH4(g) = 2CO(g) + 2H2(g)的△H；（2）①根據 計算υ(H2)；②根據化學平衡的特征分析；③根據平衡移動原理分析n(CH3OH) ∕n(CO2)的變化；④根據 計算；(3)根據碳元素守恒計算；（4）根據圖示，電解池中陽離子移向陰極，H+向左移動，所以a是負極、b是正極；二氧化碳得電子生成乙烯；

解析：（1）①CH4(g) = C(s) + 2H2(g) △H = +75.0 kJ·mol1

②CO2(g) + H2(g) = CO(g) + H2O(g) △H = +41.0 kJ·mol1

③CO(g) + H2(g) = C(s) + H2O(g) △H = －131.0 kJ·mol1

根據蓋斯定律，②＋①－③得CO2(g) + CH4(g) = 2CO(g) + 2H2(g)的△H=＋247 kJ·mol-1；（2）①υ(H2)= 0.225 mol∕(L·min)；②A．c(CO2):c(H2):c(CH3OH):c(H2O)=1:3:1:1時，不一定不再變化，所以不能說明該反應已達平衡狀態；

B．根據 ，氣體質量不變、總物質的量是變量，所以混合氣體的平均摩爾質量是變量，變量保持不變一定達到平衡狀態；

C．CH3OH的體積分數在混合氣體中保持不變，說明甲醇的物質的量不變，能說明該反應已達平衡狀態；

D．氣體總質量不變、容器體積不變，根據 ，混合氣體的密度是恒量，密度不隨時間變化，不能說明該反應已達平衡狀態；選BC。

③A．正反應放熱，升高溫度逆向移動，n(CH3OH) ∕n(CO2) 減小； B．恒溫恒容充入He(g)，平衡不移動，n(CH3OH) ∕n(CO2)不變；C．使用高效催化劑，平衡不移動，n(CH3OH) ∕n(CO2)不變；D．恒溫恒容下，再充入1mol CO2、3mol H2，相當于加壓，平衡正向移動，n(CH3OH) ∕n(CO2) 增大；選D。

④根據圖示達到平衡時 、、、,平衡常數K= =5.33 (L∕mol)2。

（3）用100mL 0.25 mol∕L Na2CO3溶液吸收標準狀況下336mL的CO2氣體,所得溶液中碳元素的物質的量是0.04mol，濃度是0.4 mol∕L，根據碳元素守恒c(HCO3)+c(CO32)+c(H2CO3)= 0.4 mol∕L。

（4）（4）①根據圖示，電解池中陽離子移向陰極，H+向左移動，所以a是負極、b是正極；②在酸性電解質中二氧化碳得電子生成乙烯的電極反應式是2CO2＋12H＋＋12e－＝C2H4＋4H2O。