CO2的固定和利用在降低温室气体排放中具有重要作用，从CO2加氢合成甲醇不仅可以有效缓解减...

CO₂的固定和利用在降低温室气体排放中具有重要作用，从CO₂加氢合成甲醇不仅可以有效缓解减排压力，还是其综合利用的一条新途径。CO₂和H₂在催化剂作用下能发生反应CO₂＋3H₂CH₃OH＋H₂O，测得甲醇的理论产率与反应温度、压强的关系如图所示。请回答下列问题：

（1）提高甲醇产率的措施是________。

（2）分析图中数据可知，在220 ℃、5MPa时，CO₂的转化率为________，再将温度降低至

140℃，压强减小至2MPa，化学反应速率将________（填“增大、减小 或 不变“ 下同），CO₂的转化率将。

（3）200℃时，将0.100molCO₂和0.275molH₂充入1L密闭容器中，在催化剂作用下反应达到平衡。若CO₂的转化率为25%，则此温度下该反应的平衡常数K＝________。(要求写出算式和计算结果)

（4）已知已知：CO的燃烧热△H＝－283.0KJ/mol、2H₂(g)+O₂(g)＝2H₂O(g)   △H＝－483.6KJ/mol、

CO(g)+2H₂(g)＝CH₃OH(g)  △H＝－90.1KJ/mol，写出CO₂与H₂合成甲醇的热化学方程式________。

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固定利用CO2对减少温室气体排放意义重大。CO2加氢合成甲醇是CO2综合利用的一条新途径。CO2和H2在催化剂作用下发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　 ΔH<0

（1）测得甲醇的理论产率与反应温度、压强的关系如图所示。

①下列措施能使CO2的转化率提高的是____（填序号）。

A．增大压强　　　 B．升高温度　　 C．增大H2投料比　　 D．用更高效的催化剂

②在220℃、5.0MPa时，CO2、H2的转化率之比为___________。

③将温度从220℃降低至160℃，压强从5.0MPa减小至3.0MPa，化学反应速率将_____（填“增大”“减小”或“不变”下同），CO2的转化率将_____。

④200℃时,将0.100 mol CO2和0.275 mol H2充入1 L密闭容器中，在催化剂作用下反应达到平衡。若CO2的转化率为25%,，则此温度下该反应的平衡常数表达式K=_____________（只用数字填，不必计算出结果）。

（2）若H2(g)和CH3OH(l)的燃烧热分别为-285.8kJ·mol﹣1和-726.5kJ·mol﹣1，则由CO2和H2生成液态甲醇和液态水的热化学方程式为________________________________。

（3）甲醇电解法制氢气比电解水法制氢气的氢的利用率更高、电解电压更低。电解装置如图。

电源的正极为_____（填序号a或b)。其中阳极的电极反应式为_________________；标况下，每消耗1mol甲醇则生成H2的体积为____。

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第21届联合国气候大会于2015年11月30日在巴黎召开，会议的主题是减少温室气体排放量。

Ⅰ．CO2 加氢合成甲醇是合理利用 CO2 的有效途径。由 CO2 制备甲醇过程可能涉及反应如下：

反应①:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)△H1=﹣49.58kJ•mol﹣1

反应②:CO2(g)+H2(g) CO (g)+H2O(g)△H2

反应③:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)△H3=﹣90.77kJ•mol﹣1，回答下列问题：

（1）反应②的△H2=　　　　　　　　　 ，反应 ① 自发进行条件是　　　　　　 (填“较低温”、“较高温”或“任何温度”)。

（2）某温度下，在体积为2 L的恒容密闭容器中，按如下方式加入反应物，仅发生反应①。一段时间后达到平衡。

测得甲中CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①前3min内，平均反应速率v(H2)＝　　　　 mol·L－1·min－1。此温度下该反应的平衡常数为

　　　 (结果保留两位小数) 。

②下列措施中，既能使反应速率加快，又能使n(CH3OH)／n(CO2)增大是　　　　　　 。

A．升高温度　　　　　　　　　　　　　 B．充入惰性气体　　　　　

C．将H2O(g)从体系中分离　　　　　 D．再充入1mol H2　　　　　　　　　　　　　　　　　　

E.再充入1 mol CO2　　　　　　　　　　　　　　　　 F.加入催化剂

③反应达到平衡后，若向反应体系再加入CO2(g)、H2(g) 、CH3OH(g)、H2O(g)各1mol，化学平衡

(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。

④要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持化学反应向逆反应方向进行，则c的取值范围为　　　　　　　　　　 。

Ⅱ.工业上可用CO2与NH3合成制尿素的原料氨基甲酸铵(H2NCOONH4)。氨基甲酸铵极易发生：H2NCOONH4+2H2O NH4HCO3+NH3·H2O，该反应酸性条件下更彻底。25℃，向l L 0.1 mol·L-1的盐酸中逐渐加入氨基甲酸铵粉末至溶液呈中性(忽略溶液体积变化)，共用去0.052 mol氨基甲酸铵。若此时溶液中几乎不含碳元素，则该溶液中 c(NH4+)=____________，NH4+水解常数Kh=________。

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2019年国际非政府组织“全球计划”12月4日发布报告：研究显示，全球二氧化碳排放量增速趋缓。CO2的综合利用是解决温室问题的有效途径。

(1)CO2催化加氢制甲醇的有关反应及其在不同温度下的化学平衡常数如下表所示。

①ΔH___0(填“＞”、“＜”或“＝”)。

②已知反应Ⅲ的速率方程式：υ正=k正·c3(H2)·c(CO2)，υ逆=k逆·c(CH3OH)·c(H2O)，k正、k逆为速率常数。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“大于”、“小于”或“等于”)。

③500℃时，向恒容的密闭容器中加入1molCO2和1molH2，控制反应条件只发生反应Ⅰ。达到平衡后，只改变下列条件，能使CO的平衡体积分数增大的是___(填选项字母)。

A.增大压强　　　 B.降低温度　　　 C.再通入等物质的量CO2和H2　　　 D.分离出部分水

(2)在200℃时，向5L带气压计的恒容密闭容器中通入2molCO2和2molCH4发生反应CH4(g)+CO2(g)⇌2H2(g)+2CO(g)，测得初始压强为P0kPa，反应过程中容器内总压强(P)随时间(t)变化(反应达到平衡时的温度与起始温度相同)如图所示。

①该反应过程中从0min到2min压强变化原因是___。

②0～4min内，反应的平均反应速率υ(CO2)=___。

③用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=___。[气体分压(p分)=气体总压(p总)×气体体积分数]

(3)科学家提出利用CO2与CH4制备“合成气”(CO、H2)可能的反应历程如图所示。

注：C(ads)为吸附性活性炭，方框内包含微粒种类及数目、微粒的相对总能量[如第一个方框中1个CH4(g)+1个CO2(g)的相对总能量为E1eV，单位：eV]。其中，TS表示过渡态。

①CH4(g)+CO2(g) ⇌2H2(g)+2CO(g)ΔH=___kJ·mol-1(已知：1eV=1.6×10-22kJ)

②若E4+E1＜E3+E2，则决定制备“合成气”反应速率的反应方程式为___。

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碳捕捉技术即是二氧化碳的捕集、利用与封存(CCUS)，是实现温室气体减排的重要途径之一，更是我国能源领域的一个重要战略方向，CCUS或许发展成一项重要的新兴产业。

I.利用CO2加氢合成低碳烯烃技术就是重要的应用之一。以合成C2H4为例，其合成反应为：6H2(g)+2CO2(g) CH2=CH2(g)+4H2O(g)　　 ΔH1 ；已知H2的燃烧热为△H2；CH2=CH2(g)的燃烧热为△H3；H2O(l)= H2O(g)的热效应为△H4。

(1)ΔH1=__________________(请用△H2、△H3、△H4表示)，若将1mol CO2与3mol H2充入10L的恒容密闭容器中，达到平衡后，平衡浓度、CO2转化率与温度的关系分别如图1和图2所示，请回答下列问题：

(2)图1中曲线c代表物质的电子式___________________。

(3)该反应在较低温度时能自发进行，请分析其原因：______________________________。

(4)结合图1和图2，下列说法一定正确的是 __________。

A．其他条件不变，T1℃、增大压强，再次达到平衡时c(H2)比A点的c(H2)大

B．平衡常数：KM＞KN

C．生成乙烯的速率：v(M)小于v(N)

(5)计算图2中M点时，乙烯的体积分数________________。（保留二位有效数字）

II.利用电解法也可将CO2制得乙烯，如图3所示，电极b是太阳能电池的________极，

电解时其中a极对应电解槽上生成乙烯的电极反应式为______________________________。

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CO2是一种温室气体，对人类的生存环境产生巨大的影响，维持大气中CO2的平衡对生态环境保护有着重要意义。

（1）CO2加氢合成低碳烯烃技术能有效利用CO2，以合成C2H4为例。该转化分为两步进行：

第一步：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　　 ΔH1=+41.3kJ/mol

第二步：2CO(g)+4H2(g)C2H4(g)+2H2O(g)　　 ΔH2=-210.5kJ/mol

CO2加氢合成乙烯的热化学方程式为__。

（2）利用CO2和H2合成甲醇又是一个有效利用CO2的途径，反应如下：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　　 ΔH3

①在容积为2L的恒容密闭容器中，通入2molCO2和3molH2发生上述反应，下列说法能够表明该可逆反应达到平衡状态的是__（填字母）

a.消耗1.5molH2时，有0.5molCH3OH生成

b.转移3mol电子时，消耗11.2L（标准状况下）CO2

c.体系中气体的密度不变

d.水蒸气的体积分数保持不变

e.单位时间内生成H2与生成H2O的物质的量之比为3：1

②研究温度对该反应甲醇产率的影响。在210℃～290℃，保持原料气中CO2和H2的投料比不变，按一定流速发生上述反应。得到甲醇平衡产率与温度的关系如图所示，ΔH3__0（填“＞”、“=”或“＜”）。判断依据是__。

③在一固定容积的密闭容器中发生上述反应。若要提高平衡时CH3OH产率，则可以采取的措施是__（填字母）。

a.升温　　 b.加入催化剂　　 c.增加CO2的浓度　　 d.加入H2加压　　 e.加入惰性气体　　 f.分离出甲醇

（3）在一定温度和催化剂作用下，也可将CO2转化为燃料CH4，反应方程式为CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)。当30℃时，一定量的CO2和H2混合气体在容积为1L的恒容密闭容器中发生上述反应，5min后达到半衡，此时各物质的浓度如下表：

则a=__，该反应平衡常数K=__。

（4）以TiO2/Cu2Al2O4为催化剂，利用CH4可以将CO2直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系如图所示，乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是__。250～300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是__。

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CO2的综合利用对温室气体的减排以及对减缓燃料危机等具有重要意义。

（1）CH4-CO2催化重整反应为：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)。

已知：C(s)+2H2(g)=CH4(g)　　　 ΔH=-75kJ·mol-1

C(s)+O2(g)=CO2(g)　　 ΔH=-394kJ·mol-1

C(s)+O2(g)=CO(g)　　　 ΔH=111kJ·mol-1

该催化重整反应的ΔH=____kJ·mol-1。

（2）CH4-CO2催化重整反应通过热力学计算可得到的图像之一如图。

①200—400℃时，主要发生的反应的化学方程式为___。

②当温度高于600℃时，随着温度的升高C的物质的量减少，其原因是__（用文字表达）。

（3）辅助的Al-CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。

电池的正极反应式：6O2+6e-=6O2-，6CO2+6O2-=3C2O+6O2。

反应过程中O2的作用是___。电池的负极反应式为___。

（4）以TiO2/Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系如题图所示。

①Cu2Al2O4可溶于稀硝酸，该反应的离子方程式为___。

②300～400℃时，乙酸的生成速率升高的原因是____。

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CO、SO2是主要的大气污染气体,利用化学反应原理是治理污染的重要方法。

I、甲醇可以补充和部分替代石油燃料,缓解能源紧张。利用CO可以合成甲醇。

（1） 已知：CO(g)＋1/2O2(g)=CO2(g)　　 △H1=－283.0kJ·mol－1

H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l)　　 △H2=－285.8kJ·mol－1

CH3OH(g)＋3/2 O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) △H3=－764.5kJ·mol－1

则CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g) △H=____________kJ·mol－1

（2）一定条件下,在容积为2L的密闭容器中充入1mol CO与2 mol H2合成甲醇 平衡转化率与温度、压强的关系如右图所示。

①在2 min时测得容器内甲醇的浓度为0.25 mol·L－1，则0－2 min内CO的平均反应速率为____mol·L－1·min－1，H2的转化率为____。

②由图判断P1_______P2(填“＞” 、“<” 或“=” ),理由是____________________________________

③该甲醇合成反应在A点的平衡常数K=____

④下列措施中能够同时满足增大反应速率和提高CO转化率的是____。(填写相 应字母)

A、使用高效催化剂　　　　 b、降低反应温度　　 c、增大体系压强

D、不断将CH3OH从反应混合物中分离出来

Ⅱ、某学习小组以SO2为原料,采用电化学方法制取硫酸。

（3）原电池法:

该小组设计的原电池原理如右图所示。

该电池中右侧为________极，写出该电池负极的电极反应式 ____。

（4）电解法:

该小组用Na2SO3溶液充分吸收SO2得到NaHSO3溶液,然后电解该溶液制得了硫酸。原理如右图所示。

写出开始电解时阳极的电极反应式____________________

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CO、SO2是主要的大气污染气体，利用化学反应原理是治理污染的重要方法．

Ⅰ．甲醇可以补充和部分替代石油燃料，缓解能源紧张，利用CO可以合成甲醇．

（1）已知：CO(g)+1/2O2(g)═CO2(g)ΔH1=-283.0kJ·mol－1

H2(g)+1/2O2(g)═H2O(l)ΔH2=-285.8kJ·mol－1

CH3OH(g)+3/2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)ΔH3=-764.6 kJ·mol－1

请写出CO与H2合成甲醇蒸汽的热化学方程式____________________

（2）一定条件下，在溶剂为VL的密闭容器中充入a molCO与2a molH2合成甲醇，平衡转化率与温度、压强的关系如图所示．

①该反应在A点的平衡常数K=_________________(用a和V表示)

②下列能说明反应达到平衡状态的是_____

A.v(CO)=v(H2)　　　　　　　　　　　　　　 B.混合气体的密度不变

C.混合气体的平均相对分子质量不变　　 D. c(CO)=c(H2)

③写出能增大v(CO)又能提高CO转化率的一项措施_____________________________

Ⅱ．某学习小组以SO2为原料，采用电化学方法制取硫酸。

（3）原电池原理：该小组设计的原理示意图如左下图，写出该电池负极的电极反应式______。

（4）电解原理：该小组用Na2SO3溶液充分吸收SO2得到NaHSO3溶液，然后电解该溶液制得了硫酸。原理如图，写出开始电解时阳极的电极反应式________________。

（5）已知25℃时由Na2SO3和NaHSO3形成的混合溶液恰好呈中性，则该混合溶液中各离子浓度的大小顺序为________________________________(已知25℃时，H2SO3的电离平衡常数Ka1=1×10-2，Ka2=1×10-7)

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CO、SO2是主要的大气污染气体，利用化学反应原理是治理污染的重要方法．

Ⅰ．甲醇可以补充和部分替代石油燃料，缓解能源紧张，利用CO可以合成甲醇．

（1）已知：CO(g)+1/2O2(g)═CO2(g)ΔH1=-283.0kJ·mol－1

H2(g)+1/2O2(g)═H2O(l)ΔH2=-285.8kJ·mol－1

CH3OH(g)+3/2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)ΔH3=-764.6 kJ·mol－1

请写出CO与H2合成甲醇蒸汽的热化学方程式____________________

（2）一定条件下，在溶剂为VL的密闭容器中充入a molCO与2a molH2合成甲醇，平衡转化率与温度、压强的关系如图所示．

①该反应在A点的平衡常数K=_________________(用a和V表示)

②下列能说明反应达到平衡状态的是_____

A.v(CO)=v(H2)　　　　　　　　　　　　　　 B.混合气体的密度不变

C.混合气体的平均相对分子质量不变　　 D. c(CO)=c(H2)

③写出能增大v(CO)又能提高CO转化率的一项措施_____________________________

Ⅱ．某学习小组以SO2为原料，采用电化学方法制取硫酸。

（3）原电池原理：该小组设计的原理示意图如左下图，写出该电池负极的电极反应式______。

（4）电解原理：该小组用Na2SO3溶液充分吸收SO2得到NaHSO3溶液，然后电解该溶液制得了硫酸。原理如图，写出开始电解时阳极的电极反应式________________。

（5）已知25℃时由Na2SO3和NaHSO3形成的混合溶液恰好呈中性，则该混合溶液中各离子浓度的大小顺序为________________________________(已知25℃时，H2SO3的电离平衡常数Ka1=1×10-2，Ka2=1×10-7)

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