为应对全球气候变暖，科学家在综合利用 CO2 方面取得了不少研究成果。如用 CO2 合成重...

为应对全球气候变暖，科学家在综合利用 CO2 方面取得了不少研究成果。如用 CO2 合成重要化工原料 CH3OH，同时生成 CO，反应如下：

反应Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)+Q1kJ(Q1＞0)，

反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g) ⇌CO(g)+H2O(g)-Q2kJ(Q2＞0)。

研究催化剂等外界条件对上述反应的影响，结果如图 1、图 2

完成下列填空：

(1)一定是碳12的同位素原子是_____(选填“A”、“B”、“C”、“D”)

A.质子数为6，中子数为8　　B.质子数为8，中子数为12

C.质子数为12，中子数为6　　D.质子数为12，中子数为8

(2)分析图1：催化效果最佳的是催化剂_____(选填“A”、“B”、“C”)。若密闭容器体积为2L，则a点测得CH3OH的平均生成速率为_____mol·L-1·min-1。b点反应_____(填“达到”或“未达到”)平衡状态，理由是：_____

(3)分析图2：相同温度下，增大原料气压强，反应Ⅰ平衡常数_____(选填“增大”、“减小”、“不变”、“无法判断”)；当压强为6Mpa、温度在400~600℃时，CO2的总体平衡转化率随温度升高而增大的原因是___________________________________

(4)若生成的CH3OH和CO物质的量之比为4:1，则消耗相同条件下的CO2和H2体积比是_____

(5)若有88gCO2发生反应Ⅰ，并放出akJ热量，则图3中A为_____，B为_____

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研究CO2的综合利用对促进“低碳经济”的发展有重要意义。CO2与H2合成二甲醚(CH3OCH3)是一种CO2转化方法，其过程中主要发生下列反应：

反应I　　 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　　 △H1= -49.0 kJ.mol-1

反应II　 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H20(g)　　　 △H2=- 24.5 kJ.mol-1

反应III　 CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　　　　　 △H3=41.2 kJ.mol-1

（1）写出CO2与H2一步合成二甲醚（反应IV）的热化学反应方程式：_______________

（2）有利于提高反应IV平衡转化率的条件是_______。

A.高温高压　　 B.低温诋压　　 C．高温低压　 D.低温高压

（3）在恒压、CO2和H2起始物质的量之比为1：3的条件下，CO2平衡转化率和平衡时二甲醚的选择性随温度的变化如图1。CH3OCH3的选择性=

①温度低于300℃，CO2平衡转化率随温度升高而下降的原因是_____________________

②关于合成二甲醚工艺的理解，下列说法正确的是_____________

A.反应IV在A点和B点时的化学平衡常数K(A)小于K(B)

B.当温度、压强一定时，在原料气（CO2和H2的比例不变）中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率

C．其他条件不变，在恒容条件下的二甲醚平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性低

D.提高催化剂的活性和选择性，减少CO等副产物是工艺的关键

③在某温度下，若加入CO2的物质的量为1mol，生成二甲醚的选择性为80%，现收集到0.2mol的二甲醚，则CO2转化率为__________________

④一定温度压强下，二甲醚的体积分数随时间变化如图2所示。在t1时刻，再加入物质的量之比为1：3的CO2和H2，t2时刻重新达到平衡。画出t1—t3时刻二甲醚体积分数的变化趋势。__________________

（4）光能储存一般是指将光能转换为电能或化学能进行储存，利用太阳光、CO2、H2O生成二甲醚的光能储存装置如图所示，则b极的电极反应式为____________________

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CO2是生活中常见的化合物之一，随着世界工业经济的发展、人口的剧增，全球能源紧张及世界气候面临越来越严重的问题，人类对CO2的性质研究和综合利用日益重视。

Ⅰ．在催化剂作用下，可由甲醇和CO2直接合成碳酸二甲酯(DMC)：CO2 + 2CH3OH → CO(OCH3)2 + H2O，但甲醇转化率通常不会超过1%，这是制约该反应走向工业化的主要原因。某研究小组在其他条件不变的情况下，通过研究温度、反应时间、催化剂用量分别对转化数(TON)的影响来评价催化剂的催化效果。计算公式为：TON＝转化的甲醇的物质的量/催化剂的物质的量。

（1）根据反应温度对TON的影响图（相同时间内测定），判断该反应的焓变△H________0（填“＞”、“＝”或“＜”），理由是____________________________________。

（2）根据反应时间对TON的影响图（上图），已知溶液总体积10mL，反应起始时甲醇0.25mol，催化剂0.6×10—5 mol，计算该温度下，4～7 h内DMC的平均反应速率：________。

（3）根据该研究小组的实验及催化剂用量对TON的影响图（见上右图），判断下列说法正确的是　　 。

A．由甲醇和CO2直接合成DMC，可以利用甲醇把影响环境的温室气体CO2 转化为资源，在资源循环利用和环境保护方面都具有重要意义

B. 在反应体系中添加合适的脱水剂，将提高该反应的TON

C. 当催化剂用量低于1.2×10—5 mol时，随着催化剂用量的增加，甲醇的平衡转化率显著提高

D. 当催化剂用量高于1.2×10—5 mol时，随着催化剂用量的增加DMC的产率反而急剧下降

Ⅱ.如果人体内的CO2不能顺利排除体外会造成酸中毒，缓冲溶液可以抵御外来少量酸或碱对溶液pH的影响，人体血液里主要通过碳酸氢盐缓冲体系(H2CO3/HCO3-)维持pH稳定。己知正常人体血液在正常体温时，H2CO3的一级电离常数Ka1=10-6.1，c(HCO3-):c(H2CO3)≈20:1，lg2=0.3。

(4)由题给数据可算得正常人体血液的pH________(保留一位小数)。

(5)正常人体血液中H2CO3、HCO3-、OH- 、H+四种微粒浓度由大到小关系为：　　　　　　 。

(6)当少量的酸、碱进入血液中时，血液pH变化不大，其原因是　　　　　　　　　 。

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科学家利用“组合转化”等技术对CO2进行综合利用。如用H2 和CO2在一定条件下可以合成乙烯：6H2（g）＋2CO2（g） CH2＝CH2（g）＋4H2O（g） △H=a kJ/mol

（1）已知：①H2和CH2＝CH2的燃烧热(△H)分别为-285.8kJ/mol和-1411kJ/mol

②H2O（g）= H2O（l）　 △H=-44 kJ/mol　 则a＝ 　　　　　　　　 kJ/mol。

（2）不同温度对CO2的转化率及催化剂的效率影响如图所示，下列有关说法不正确的是　 （填序号）。

①不同条件下反应，N点的速率最大

②温度低于250℃时，随温度升高乙烯的产率增大

③M点时平衡常数比N点时平衡常数大

④实际反应应尽可能在较低的温度下进行，以提高 CO2的转化率

（3）若在密闭容器中充入体积比为 3∶1的 H2 和CO2，则图中M点时，产物CH2＝CH2的体积分数为　 　　　 ；若要进一步提高乙烯的体积分数，可采取的措施有 　　　　　　　　 。

（4）科学家开发了一种新型陶瓷（主要成分为Li4SiO4），在500℃时可高效吸收CO2，同时生成 Li2CO3；该材料在700℃时可再生循环。请写出表示该过程的化学方程式________。

（5）利用高温电解技术可将CO2转化为高热值的燃料CO:

电极a发生　　　　 （填“氧化”或“还原”）反应；电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　 。

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科学家利用“组合转化”等技术对CO2进行综合利用。如用H2 和CO2在一定条件下可以合成乙烯：6H2（g）＋2CO2（g） 　 CH2＝CH2（g）＋4H2O（g） △H=a kJ·mol－1

⑴已知：①H2和CH2＝CH2的燃烧热(△H)分别为－285.8kJ·mol－1和－1411kJ·mol－1

②H2O（g）= H2O（l） △H=－44 kJ·mol－1　 则a＝ 　　　 　　 　 kJ·mol－1。

⑵不同温度对CO2的转化率及催化剂的效率影响如图所示，下列有关说法不正确的是______（填序号）。

①不同条件下反应，N点的速率最大

②温度低于250℃时，随温度升高乙烯的产率增大

③M点时平衡常数比N点时平衡常数大

④实际反应应尽可能在较低的温度下进行，以提高

CO2的转化率

⑶若在密闭容器中充入体积比为 3∶1的 H2 和CO2，则图中M点时，产物CH2＝CH2的体积分数为　 　 　 　　　　　 ；若要进一步提高乙烯的体积分数，可采取的措施有 　 　　　 。

⑷科学家开发了一种新型陶瓷（主要成分为Li4SiO4），在500℃时可高效吸收CO2，同时生成 Li2CO3；该材料在700℃时可再生循环。请写出表示该过程的化学方程式____________________。

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研究CO、SO2、NO等大气污染气体的综合处理与利用具有重要意义。

（1）以CO或CO2与H2为原料，在一定条件下均可合成甲醇，你认为用哪种合成设计线路更符合“绿色化学”理念：（用化学反应方程式表示）　　　　　　　　　　　　　　 。

（2）如图所示是用于合成甲醇产品中甲醇含量的检测仪。写出该仪器工作时的电极反应式：

负极　　　　　　　　　　　　　　　 ，正极　　　　　　　　　　　　 。

（3）一定条件下，NO2和SO2反应生成SO3（g）和NO两种气体，现将体积比为1:2的NO2和SO2的混合气体置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是　　　　　　 。（填序号）

A．体系压强保持不变        　　　　　　　 B．混合气体颜色保持不变

C．SO3、NO的体积比保持不变    　　　　 D．每消耗 1 mol SO2，同时生成1 mol NO

当测得上述平衡体系中NO2与SO2体积比为1:6时，则该反应平衡常数K值为　　　　　　　　 ；

（4）工业常用Na2CO3饱和溶液回收NO、NO2气体：

NO+NO2+Na2CO3=2NaNO2+CO2 2NO2+Na2CO3=NaNO3+NaNO2+CO2

若用足量的Na2CO3溶液完全吸收NO、NO2混合气体，每产生标准状况下CO2 2．24L（CO2气体全部逸出）时，吸收液质量就增加4．4g，则混合气体中NO和NO2体积比为　　　　　　 。

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充分利用碳的氧化物合成化工原料，既可以减少环境污染和温室效应，又能变废为宝。

Ⅰ．CO2的综合利用是解决温室效应及能源问题的有效途径。

(1)O2和H2在催化剂存在下可发生反应生成CH3OH。已知CH3OH、H2的燃烧热分别为△H1=-akJ·mol-1、△H2=-bkJ·mol-1，且1mol水蒸气转化为液态水时放出ckJ的热量。

则CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=___________kJ·mol-1。

(2)对于CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)．控制CO2和H2初始投料比为1∶3时，温度对CO2平衡转化率及甲醇产率的影响如图所示。由图可知获取CH3OH最适宜的温度是___________，下列有利于提高CO2转化为CH3OH的平衡转化率的措施是___________。

A．使用催化剂　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 B．增大体系压强

C．增大CO2和H2的初始投料比　　　　　　　　　　 D．投料比不变和容器体积不变，增加反应物的浓度

Ⅱ．CO是合成尿素、甲酸的原料。

(3)合成尿素的反应：2NH3(g)+CO(g)CO(NH2)2(g)+H2(g)△H=-81.0kJ·mol-1。

①T℃时，在体积为2L的恒容密闭容器中，将2molNH3和1molCO混合发生反应，5min时，NH3的转化率为80%。则0～5min内的平均反应速率为v(CO)=___________。

②已知：

则：K1___________126.5(填“＞”或“<”);其判断理由是___________。

(4)通过人工光合作用可将CO转化成HCOOH。

①已知常温下，浓度均为0.1mol·L-1的HCOOH和HCOONa混合溶液pH=3.7,则HCOOH的电离常数Ka的值为___________ (已知lg2=0.3)。

②用电化学可消除HCOOH对水质造成的污染，其原理是电解CoSO4、稀硫酸和HCOOH混合溶液，用电解产生的Co3+将HCOOH氧化成CO2。Co3+氧化HCOOH的离子方程式为___________;忽略体积变化，电解前后Co2+的浓度将___________ (填“增大”“减小”或“不变”)。

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C1化学又称一碳化学,研究以含有一个碳原子的物质为原料合成工业产品的有机化学及工艺，因其在材料科学和开发清沽燃料方面的重要作用已发展成为一门学科。燃煤废气中的CO、CO2均能转化为基础化工原料、清洁能源甲醇：

①3H2(g)+CO2(g)  CH3OH (g) + H2O(l)　　 △H1

②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　　　　　　　 △H2

Ⅰ．已知：18g水蒸气变成液态水放出44KJ的热量。

则△H1_____________________

Ⅱ．一定条件下，在恒容的密闭容器中投入1molCO 和2mol H2，反应②在催化剂作用下充分反应，CH3OH在平衡混合气中的体积分数在不同压强下随温度的变化如图l所示：

（1）图中压强的相对大小是P1______P2（填“>”“<”或“=”），判断的理由是________

（2）A、B、C三点的化学平衡常数的相对大小K(A)______K(B)_____ K(C)（填“>”“<”或“=”) ，计算C点的压强平衡常数Kp=__________（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×体积分数）

（3）300℃，P2条件下，处于E点时V正________V逆（填“>”“<”或“=”）

（4）某温度下，不能说明该反应己经达到平衡状态的是______________。

a．容器内的密度不再变化

b. 速率之比v(CO):v(H2): v(CH3OH）=l: 2:l

c．容器内气体体积分数不再变化

d. 容器内混合气体的平均相对分子质量不再变化

e．容器内各组分的质量分数不再变化

（5）反应开始至在C点达平衡，各物质的浓度随时间变化曲线如图2所示，保持温度不变，t1时改变条件为_________，此时平衡_______。（填“正向移动”“逆向移动”“不移动” )

Ⅲ.工业上可通过甲醛羰基化法制取甲酸甲酯，25℃时，其反应的热化学方程式为：CH3OH(g)+CO(g) HCOOCH3(g)，部分研究如下图所示：

①根据反应体系的压强对甲醇转化率的影响并综合考虑生产成本因素的是_____（填下列序号字母）

a. 3.5×106Pa　　　　　　　　 b. 4.0×106Pa　　　　　　　 c. 5.0×106Pa

②用上述方法制取甲酸甲酯的实际工业生产中，采用的温度是80℃，其理由是_______

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“温室效应”是全球关注的环境问题之一。CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体，CO2的综合利用是解决温室及能源问题的有效途径。

（1）研究表明CO2和H2在催化剂存在下可发生反应生成CH3OH。己知部分反应的热化学方程式如下：

CH3OH(g)+O2(g) = CO2(g)+2H2O(1)　　　 △H1=akJ•mol-1

H2(g)+O2(g) = H2O(1)　　　　　　　　　　　 △H2=bkJ•mol-1

H2O(g) = H2O(l)　　　　　　　　　　　　　　　　 △H3=ckJ•mol-1

则 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　　　　　 △H=__________kJ•mol-1

（2）CO2催化加氢也能合成低碳烯烃： 2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4 H2O (g)，不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量如图1所示，曲线b表示的物质为_______________ （写化学式）。

（3）CO2和H2在催化剂Cu/ZnO作用下可发生两个平行反应，分别生成CH3OH和CO。

反应 A：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

反应B：CO2(g)+ H2(g)CO(g)+H2O(g)

控制CO2和H2初始投料比为1∶3时，温度对CO2平衡转化率及甲醇和CO产率的影响如图2所示。

① 由图2可知温度升高CO的产率上升，其主要原因可能是__________________。

② 由图2可知获取CH3OH最适宜的温度是________________，下列措施有利于提高CO2转化为CH3OH的平衡转化率的措施有__________________。

A.使用催化剂　　　　　　　　　　　　　　 B.增大体系压强

C.增大CO2和H2的初始投料比　　　　 D.投料比不变和容器体积不变，增加反应物的浓度

（4）在催化剂表面通过施加电压可将溶解在水中的二氧化碳直接转化为乙醇，则生成乙醇的电极反应式为______________________________________________________。

（5）由CO2制取C的太阳能工艺如图3所示。“热分解系统”发生的反应为：2Fe3O46FeO+O2↑ ，每分解1mol Fe3O4转移电子的物质的量为_____________；“重整系统”发生反应的化学方程式为_____________________________________________。

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“一碳化学”是指以含一个碳原子的化合物（如：CO2、CO、CH4、CH3OH等）为初始反应物，合成一系列重要的化工原料和燃料的化学。以CO2和NH3为原料合成尿素是利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下：

反应I：2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)　　　　 △H1=-159.47kJ/mol　　　　 K1

反应II：NH2COONH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g)　 △H2=+72.49kJ/mol　　　　 K2

总反应：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)　 △H3　　　　　　　　　　　　 K3

请回答下列问题：

（1）①总反应的△H3=_______kJ/mol。该热化学方程式的平衡常数K3=____________(用K1、K2表示)。

②反应I一般在_________（填“高温”或“低温”）情况下有利于该反应的进行。

③一定温度下，在体积为固定的密闭容器中按计量比进行反应I，下列不能说明反应达到了平衡状态的是__________（填序号）。

A．混合气体的平均相对分子质量不再变化　

B．容器内气体总压强不再变化

C．2V正(NH3)=V逆(CO2)　　　　　　　　　

D．容器内混合气体的密度不再变化

④环境为真空时，在一敞开容器（非密闭容器）中加入NH2COONH4固体，足够长时间后，反应是否建立平衡状态? ___________（填“是”或“否”）。

（2）在体积可变的恒压(p总)密闭容器中充入1 mol CO2 与足量的碳，让其发生反应：C(s)+ CO2(g)2CO(g) △H>0。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示。

①T℃时，在容器中若充入稀有气体，v(正)___v(逆)(填“>”“<”或“=”)；若充入等体积的CO2 和CO，平衡________移动(填“正向”“逆向”或“不”)。

②650℃，CO2 的转化率为_____________。

③已知：气体分压(P分)=气体总压×体积分数。用平衡分压代替平衡浓度表示平衡常数，925℃时，Kp=_____________ (用含P总的代数式表示)。

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