CO2的回收与利用是科学家研究的热点课题，可利用CH4与CO2制备“合成气”(CO、H2)...

CO2的回收与利用是科学家研究的热点课题，可利用CH4与CO2制备“合成气”（CO、H2），还可制备甲醇、二甲醚、低碳烯烃等燃料产品。

I．制合成气

科学家提出制备“合成气”反应历程分两步：

反应①：CH4（g）C（ads）+2H2 （g）　 （慢反应）

反应②：C（ads）+ CO2（g）2CO（g）　 （快反应）

上述反应中C（ads）为吸附性活性炭，反应历程的能量变化如图：

（1）CH4与CO2制备“合成气”的热化学方程式为_________。能量变化图中：E5+E1_________E4+E2（填“＞”、“＜”或“＝”）。

II．脱水制醚

利用“合成气”合成甲醇后，甲醇脱水制得二甲醚的反应为：

2CH3OH（g）CH3OCH3（g） + H2O（g）　 ΔH，其速率方程式为：v正= k正·c2（CH3OH），v逆=k逆·c（CH3OCH3）·c（H2O），k正、k逆为速率常数且只与温度有关。经查阅资料，上述反应平衡状态下存在计算式：lnKc = −2.205+（Kc为化学平衡常数；T 为热力学温度，单位为K）。

（2）反应达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数_________ k逆增大的倍数（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（3）某温度下（该反应平衡常数Kc为200），在密闭容器中加入一定量 CH3OH，反应到某时刻测得各组分的物质的量如下：

此时正、逆反应速率的大小：v正 ____v逆 （填“＞”、 “＜”或“＝”）。

（4）500K下，在密闭容器中加入一定量甲醇 CH3OH，反应到达平衡状态时，体系中CH3OCH3（g）的物质的量分数为_________（填标号）。

A ＜　　　　　　　 B 　　　　　　 C ＞　　　　　 D 无法确定

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CO2的回收与利用是科学家研究的热点课题。可利用CH4与CO2制备合成气(CO、H2)，还可制备甲醇、二甲醚、低碳烯经等燃料产品。

I.科学家提出制备“合成气”反应历程分两步：

反应①：CH4(g)⇌C(ads) +2H2(g)　　 (慢反应)

反应②：C(ads) + CO2(g)⇌2CO(g)　 (快反应)

上述反应中C(ads)为吸附性活性炭，反应历程的能量变化如图：

(1)CH4与CO2制备合成气的热化学方程式为____________：该反应在高温下可自发正向进行的原因是_________，能量变化图中：E5+E1___E4+E2(填“>”、“<”或“=”)。

II.利用“合成气”合成申醇后，脱水制得二甲醚。

反应为：2CH3OH(g)⇌CH3OCH3 (g) + H2O(g)　　 △H

经查阅资料，在一定范围内，上述反应化学平衡常数与热力学温度存在如下关系：lnKc=-2.205+。其速率方程为：v正=k正•c2(CH3OH)，v逆=k逆•c(CH3OCH3)•c(H2O)，k正、K逆为速率常数，且影响外因只有温度。

(2)反应达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数________ k逆增大的倍数(填“>”、“<”或“= ”)。

(3)某温度下，Kc=200，在密闭容器中加入一定量CH3OH。反应到某时刻测得各组分的物质的量如下：

此时正、逆反应速率的大小：v正 ____v逆(填“>”、“<”或“=”)。

(4)500K下，在密闭容器中加入一定量甲醇CH3OH，反应到达平衡状态时，体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数为_____(埴标号)

A.　　　 B.　 C.　 D.无法确定

Ⅲ.合成低碳烯经

(5)强碱性电催化还原CO2制备乙烯研究取得突破进展，原理如图所示。b极接的是太阳能电池的_______极(已知PTFE浸泡了饱和KCl溶液)。请写出阴极的电极反应式______。

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CO2的回收与利用是科学家研究的热点课题，可利用CH4与CO2制备“合成气”(CO、H2)，还可制备甲醇、二甲醚、低碳烯烃等燃料产品。

I.制合成气

科学家提出制备：“合成气”反应历程分两步：

反应①: CH4(g)⇌C(ads)+2H2(g) (慢反应)

反应②:C(ads)+CO2(g)⇌2CO(g)　　 (快反应)

上述反应中C(ads)为吸附性活性炭，反应历程的能量变化如下图：

(1) CH4与CO2制备“合成气”的热化学方程式为____。 能量变化图中：E5+E1_______E4+ E2(填“>” 、 “<　　 ” 或 “= ”)。

II.甲醇合成

在某 CO 催化加氢制甲醇的反应体系中，发生的主要反应有：

i. CO2(g) + 3 H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H1< 0

ii.CO2(g) + H2(g)⇌CO (g)+H2O(g)　　　　　 △H2>0

iii . CO(g)+2H2( g)⇌CH3OH(g) (g)　　 △H3< 0

(2)5MPa 时，往某密闭容器中按投料比n(H2) :n ( CO2) =3:1 充入H2和CO2。反应达到平衡时， 测得各组分的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示。

①体系中CO2的物质的量分数受温度的影响不大， 原因是_____。

②250°C时，反应 i i 的平衡常数____1(填“> ”“< ”或“=”)

③下列措施中，无法提高甲醇产率的是____(填标号)。

A．加入适量CO　　 B．增大压强　　　　 C．循环利用原料气　　　　 D．升高温度

④在下图中画出n(H2)/ n(CO2)随温度变化趋势图_____。

(3)反应i可能的反应历程如下图所示。

注：方框内包含微粒种类及数目、微粒的相对总能量(括号里的数字或字母，单位：eV)。其中TS表示过渡态、*表示吸附在催化剂上的微粒，反应历程中，生成甲醇的决速步骤的反应方程式为__。

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二氧化碳捕集、存储和转化是当今化学研究的热点问题之一。

（1）CO2转化途径之一是利用太阳能或生物质能分解水制H2，然后将H2与CO2转化为甲醇（CH3OH）、二甲醚（CH3OCH3）等。已知：

甲醇合成反应：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.0kJ·mol-1

二甲醚合成反应：2CH3OH（g）=CH3OCH3（g）+H2O（g）△H=-24.5kJ·mol-1

则由H2和CO2制备二甲醚2CO2（g）+6H2（g）=CH3OCH3（g）+3H2O（g）的△H____kJ·Mol-1

（2）甲醇是一种可再生的清洁能源，具有开发和应用的广阔前景。

已知：25℃，1.01×105Pa时，1.6g液态甲醇完全燃烧，当恢复到原状态时，放出36.29kJ的热量，写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式________________________________。

（3）污水中的含氮化合物，通常先用生物膜脱氮工艺进行处理，在硝化细菌的作用下，将NH4+氧化为NO3-（2NH4++3O2=2HNO2+2H2O+2H+；2HNO2+O2=2HNO3）。然后加入甲醇，甲醇和NO3-反应转化为两种无毒气体。

①上述方法中，1.0g铵态氮元素转化为硝态氮元素时需氧气的质量为_______g。

②写出加入甲醇后反应的离子方程式：_______________________________________。

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“低碳经济”备受关注，二氧化碳的回收利用是环保和能源领域研究的热点课题。

(1)已知：①CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)△H=-41kJ·mol-1

②CH4(g)C(s)+2H2(g)△H=+73kJ·mol-1

③2CO(g)C(s)+CO2(g)△H=-171kJ·mol-1

写出CO2与H2反应生成CH4和水蒸气的热化学方程式：_________________________。

(2)CO2与H2在催化剂作用下可以合成二甲醚，反应原理如下：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H。某温度下，向体积为2L的密闭容器中充入CO2与H2，发生上述反应。测得平衡混合物中CH3OCH3(g)的体积分数[φ(CH3OCH3) 与起始投料比Z[Z=]的关系如图1所示;CO2的平衡转化率(a)与温度(T)、压强(p)的关系如图2所示。

①当Z=3时，CO2的平衡转化率a=__________%。

②当Z=4时，反应达到平衡状态后,CH3OCH3的体积分数可能是图1中的_________点(填"D"、"E"或“F")。

③由图2可知该反应的△H_______0(选填“>”、“<“或“=”，下同)，压强p1、p2、p3由大到小的顺序为__________。

④若要进一步提高H2的平衡转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以采取的措施

有________________(任写一种)。

(3)我国科研人员研制出的可充电"Na-CO2"电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，总反应为4Na+3CO22Na2CO3+C。放电时该电池“吸入”CO2,其工作原理如图3所示。

①放电时，正极的电极反应式为____________________。

②若生成的Na2CO3和C全部沉积在正极表面，当正极增加的质量为28g时，转移电子的物质的量为__________。

③可选用高氯酸钠-四甘醇甲醚作电解液的理由是________________________。

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二氧化碳是常见的温室气体，其回收利用是环保领域研究的热点课题。

Ⅰ.CO2可以与H2反应合成C2H4，该转化分两步进行：

第一步：CO2(g)＋H2(g)CO(g)+H2O(g)　　 △H=+41.3kJ·mol-1

第二步：2CO(g)＋4H2(g)C2H4(g)+2H2O(g)　　 △H=–210.5kJ·mol-1

（1）CO2与H2反应反应合成乙烯的热化学方程式为___。

（2）一定条件下的密闭容器中，要提高CO2合成乙烯的转化率，可以采取的措施是____（填标号）。

①减小压强　　 ②增大H2的浓度　　 ③加入适当催化剂　　 ④分离出H2O(g)

（3）己知温度对CO2合成乙烯的平衡转化率及催化剂的催化效率的影响如图所示，下列说法正确的是____（填标号）。

①N点的速率最大

②M点的平衡常数比N点的平衡常数大

③温度低于250℃时，随温度升高乙烯的平衡产率增大

④实际反应尽可能在较低的温度下进行，以提高CO2的转化率

Ⅱ.研究表明CO2和H2在一定条件下可以合成甲醇，反应方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)[反应①]。一定条件下，往2L恒容密闭容器中充入2.0mo1CO2和4.0molH2，在不同催化剂作用下合成甲醇，相同时间内CO2的转化率随温度变化如图所示：

（4）催化效果最佳的是催化剂____(填“A”、“B”或“C”)。

（5）T2温度下，若反应进行10min达到图中a点状态，用CO2的浓度表示的反应速率v(CO2)=____。

（6）图中b点已达平衡状态，则该温度下反应的平衡常数K=____。

（7）在某催化剂作用下，CO2和H2除发生反应①外，还发生如下反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)[反应②]。维持压强不变，按固定初始投料比将CO2和H2按一定流速通过该催化剂，经过相同时间测得如下实验数据：

注：甲醇的选择性是指发生反应的CO2中转化为甲醇的百分比。表中数据说明，升高温度CO2的实际转化率提高而甲醇的选择性降低，其原因是____。

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二氧化碳的回收利用是环保领域研究的热点课题。

（1）CO2经催化加氢可合成低碳烯烃：2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g)　 △H

在0.1 MPa时，按n(CO2)︰n(H2)＝1︰3投料，如图1所示不同温度(T)下，平衡时的四种气态物质的物质的量(n)的关系。

①该反应的△H________0(填“>”、“＝”或“<”)。

②为提高CO2的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是　　　　　　　　　　 。

（2）向2L恒容密闭容器中充入2 mol CO2(g)和n mol H2(g)，在一定条件下发生（1）中反应。CO2的转化率与温度、投料比【X= n(H2)/ n(CO2)】的关系如图2所示：

① X1 　　 　　 　 X2(填“<”、“>”或“=”，下同)，平衡常数K(A)　　 　　 　　 K(B)。

② 若B点的投料比为3，则平衡常数K(B)为　　　　　　　　　　　　 (结果保留小数后一位)。若反应从开始到B点需要10 min，则v(H2)=　　　　　　　　　　　　 。

（3）在强酸性的电解质水溶液中，惰性材料做电极，利用太阳能将CO2转化成低碳烯烃，工作原理如图3所示。

① 该工艺中能量转化方式主要有　　　　　　　　 。

② b为电源的__________(填“正”或“负”)极，电解时，生成丙烯的电极反应式是　　　　　　 　　　 。

（4）以CO2为原料制取碳(C)的太阳能工艺如图4所示。

①过程1中发生反应的化学方程式为　　　　　　 。

②过程2中每生成1mol Fe3O4转移电子的物质的量为　　　　　　 。

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CO2的转化一直是全球研究的热点，其中将CO2和H2合成甲醇及二甲醚具备相对成熟的技术。工业生产中，有以下相关反应(热效应都是在25 ℃，1.01×105Pa下测定)：

①CO2(g) ＋ 3H2(g) CH3OH(l) ＋ H2O(l)　 ΔH ＝－49.01 kJ·mol－1

②2CH3OH(l) CH3OCH3(g) ＋ H2O(l)　 ΔH ＝－24.52 kJ·mol－1

③CO(g) ＋ H2O(l) CO2(g) ＋ H2(g)　 ΔH ＝ －41.17 kJ·mol－1

(1)工业上用CO2和H2合成二甲醚的热化学方程式为_____________________________________。

(2)反应①的平衡常数表达式K＝____________。

(3)在一常温恒容的密闭容器中，放入一定量的甲醇发生如②式化学反应并建立平衡，以下说法正确并可以作为该反应达到平衡状态的判断依据的是__________(填字母)。

A．容器内气体相对分子质量保持不变

B. 容器内气体压强不变

C．相同时间内消耗甲醇的量是消耗二甲醚的两倍

D．甲醇和二甲醚物质的量相等

(4)在三个体积相同的密闭容器中加入相同物质的量的CO和H2O，在不同温度下发生反应③，经过相同时间后测得容器中的CO物质的量与温度的关系如下图：

Ⅰ.A、C两点的速率大小v(A)________(填“大于”“小于”“等于”或“无法判断”)v(C)。

Ⅱ.请解释曲线中CO的物质的量先减小后增大的原因______________________________________________。

(5)一定量的CO2和H2在一密闭容器中发生反应①，下图是容器内CO2的百分含量随着外界条件改变的变化曲线图，请补充完整(t1时刻升温；t2时刻添加催化剂)。__________________

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（17分）CO和H2的混合气体俗称合成气，是一种重要的工业原料气，可以在一定条件下制备甲醇，二甲醚等多种有机物。工业上利用天然气（主要成分为CH4）与水进行高温重整制备合成气。

（1） 已知：CH4、H2和CO的燃烧热分别为890.3kJ/mol、285.8kJ/mol和283.0kJ/mol，且1mol液态水汽化时的能量变化为44.0kJ。写出甲烷与水蒸气在高温下反应制取合成气的热化学方程式　　　　　　　　　　　　 。

（2）在一定条件下，向体积为2L的密闭容器中充入0.40mol CH4和0.60mol H2O(g)，测得CH4(g)和H2(g)的物质的量浓度随时间变化如下表所示：

①3—4min之间，化学平衡向___　　 ____反应方向移动（填“正”或“逆”）。

②3min时改变的反应条件是____________________（只填一种条件的改变）

（3）已知温度、压强、投料比X〔n(CH4)/n(H2O)〕对该反应的影响如图所示。

①图1中的两条曲线所示投料比的关系X1____X2(填“=”“>”或“<”下同)

②图2中两条曲线所示的压强比的关系：p1_______p2

（4）以天然气（设杂质不参与反应）、KOH溶液为原料可设计成燃料电池

①放电时，正极的电极反应式_______________________________________

②设装置中盛有100.0mL 3.0mol/L KOH溶液，放电时参与反应的氧气在标准状况下的体积为8.96L，放电过程中没有气体逸出，则放电完毕后，所得溶液中各离子浓度由大到小的关系为　　　　　　　　　　　　　　 ____。

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Ⅰ.CO2的转化一直是全球研究的热点，其中将CO2和H2合成甲醇及二甲醚 (CH3OCH3)具备相对成熟的技术。工业生产中，有以下相关反应

①CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(l) + H2O(l)　　 △H < 0

②2 CH3OH(l) CH3OCH3(g) + H2O(l)　　 △H < 0

③CO(g) + H2O(l) CO2(g) + H2(g)　　 △H < 0

（1）在一常温恒容的密闭容器中，放入一定量的甲醇如②式建立平衡，以下说法正确并可以作为该反应达到平衡状态的判断依据为________。

A．容器内气体相对分子质量保持不变

B．容器内气体压强不变

C．相同时间内消耗甲醇的量是消耗二甲醚的两倍；

D．甲醇和二甲醚物质的量相等

（2）在三个体积相同的密闭容器A,B,C中加入相同物质的量的CO和H2O在不同温度下发生反应③，经过相同时间后测得容器中的CO物质的量与温度的关系如下图：

① A、B两点的速率大小v(A)___v(B)（填“大于”、“小于”、“等于”、“无法判断”）

② 请解释曲线中CO的物质的量先减小后增大的原因________________________。

（3）一定量的CO2和H2在一密闭容器中发生反应①，下左图是容器内CO2的百分含量随着外界条件改变的变化曲线图，请补充完整。（t1时刻升温；t2时刻加催化剂）______

Ⅱ.SO2的尾气处理通常用电化学处理法

（4）①如上右图所示，Pt(Ⅱ)电极的反应式为__________________；

②当电路中转移0.02mole－时(较浓H2SO4尚未排出)，交换膜左侧溶液中约增加_____mol离子。

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