（共16分）近年来对CO2的有效控制及其高效利用的研究正引起全球广泛关注。据中国化工报报道...

（共16分）近年来对CO2的有效控制及其高效利用的研究正引起全球广泛关注。据中国化工报报道，美国科学家发现了一种新的可将CO2转化为甲醇的高活性催化体系，比目前工业使用的常见催化剂快近90倍。由CO2制备甲醇过程可能涉及反应如下：

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

反应Ⅱ：CO2(g)+ H2(g)CO (g)+H2O(g)　 　　 　 △H 2

反应Ⅲ： CO(g)+2 H2(g)CH3OH(g)　 　　　　　 △H 3=－90.77 kJ•mol-1

回答下列问题：

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

（2）在一定条件下2L恒容密闭容器中充入一定量的H2和CO2仅发生反应Ⅰ，实验测得在不同反应物起始投入量下，反应体系中CO2的平衡转化率与温度的关系曲线，如下图所示。

①据图可知，若要使CO2的平衡转化率大于40%，以下条件中最合适的是　　 ；

A．n(H2)=3mol，n(CO2)=1.5mol； 650K　　

B．n(H2)=3mol，n(CO2)=1.7mol；550K

C．n(H2)=3mol，n(CO2)=1.9mol； 650K　　

D．n(H2)=3mol，n(CO2)=2.5mol；550K

②在温度为500K的条件下，充入3mol H2和1.5mol CO2，该反应10min时达到平衡：

a．用H2表示该反应的速率为　　　　　 ；

b．该温度下，反应I的平衡常数K=　　　　　 ；

c．在此条件下，系统中CH3OH的浓度随反应时间的变化趋势如图所示，当反应时间达到3min时，迅速将体系温度升至600K，请在图中画出3～10min内容器中CH3OH浓度的变化趋势曲线：

（3）某研究小组将一定量的H2和CO2充入恒容密闭容器中并加入合适的催化剂（发生反应I、Ⅱ、

Ⅲ），测得了不同温度下体系达到平衡时CO2的转化率（a）及CH3OH的产率（b），如图所示，请回答问题：

①该反应达到平衡后，为同时提高反应速率和甲醇的生成量，以下措施一定可行的是　　　　 （选填编号）。

A．改用高效催化剂

B．升高温度

C．缩小容器体积

D．分离出甲醇

E．增加CO2的浓度

②据图可知当温度高于260℃后，CO的浓度随着温度的升高而　　 　 （填“增大”、“减小”、“不变”或“无法判断”），其原因是　　　　　　 。

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目前有效控制及高效利用CO、的研究正引起全球广泛关注，根据中国化工报报道，美国科学家发现了几种新的可将CO、转化为甲醇的高活性催化体系，比目前工业使用的常见催化剂快近 90倍。

已知工业上可以利用制备涉及反应如下：

反应I：

反应II：

(1)写出工业上CO和制取甲醇的热化学方程式 ______ 。

(2)反应I能自发进行的条件是 ______。

(3)一定温度下，、CO在体积固定的密闭容器中发生如下反应：，下列选项能判断该反应达到平衡状态的依据有 ______ 。

A.该反应的平衡常数不变

的消耗速率等于的生成速率

C.容器内的压强保持不变

混合气体的密度保持不变

E.混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化

(4)500K，恒容密闭容器中充入的 和仅发生反应I，该反应10min时生成 ，此时达到平衡：

①用氢气表示该反应的速率为 ______ 。

②该温度下，反应I的平衡常数为 ______ 。

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(16+2分)目前低碳经济已成为科学家研究的主要课题之一,如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2，引起全世界的关注：

（1）用电弧法合成的储氢材料常伴有大量的碳纳米颗粒（杂质），这些杂质颗粒通常用硫酸酸化的锰酸钾氧化除去，在反应中，杂质碳被氧化为无污染气体而除去，Mn元素转变为Mn2+，请写出对应的化学方程式并配平：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ；

（2）将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2 L的恒容密闭容器中，进行反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，得到如下两组数据：

①实验2条件下的H2O 体积分数为　　　　 　 　　 ；

②下列方法中可以证明上述已达平衡状态的是　　　　　 ；

a.单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol CO

b.容器内压强不再变化

c.混合气体密度不再变化

d.混合气体的平均相对分子质量不再变化

e.CO2的质量分数不再变化

③已知碳的气化反应在不同温度下平衡常数的对数值（lgK）如下表:

则反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在900K时，该反应平衡常数的对数值（lgK）＝　　 _。

（3）在高温下一氧化碳可将二氧化硫还原为单质硫。已知：

C(s)＋O2(g)＝CO2(g)　 　　 △ H 1＝－393.5kJ·mol－1

CO2(g)＋C(s) ＝2CO(g) 　　 △ H 2＝＋172.5kJ·mol－1

S(s)＋O2(g) ＝SO2(g)　　 △ H 3＝－296.0kJ·mol－1

请写出CO除SO2的热化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（4）25℃时，在20 mL0.1 mol/L醋酸中加入V mL0.1 mol/LNaOH溶液，测得混合溶液的pH变化曲线如图所示，

下列说法正确的是________。

A．pH＝3的CH3COOH溶液和pH＝11的CH3COONa溶液中，由水电离出的c(OH—)相等

B．①点时pH＝6，此时溶液中，c(CH3COO—)－c(Na+)＝9.9×10-7mol/L

C．②点时，溶液中的c(CH3COO—)＝c(Na+)

D．③点时V＝20mL，此时溶液中c(CH3COO—)< c(Na+)＝0.1mol/L

（5）下图是一种新型燃料电池,它以CO为燃料，一定比例的Li2CO3和Na2CO3熔融混合物为电解质，图2是粗铜精炼的装置图，现用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验。回答下列问题：

①写出A极发生的电极反应式 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ；

②要用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验，则B极应该与　　 极（填“C”或“D”）相连。

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CO2的排放会带来全球“温室”效应，因此，引起国际关注和研究，渴望21世纪 CO2将作为新碳源被广泛使用。

(1)以　 CO2 和　 H2 为原料可得到　 CH4 燃料。

已知：① CH4 (g) + CO2(g) = 2CO(g) + 2H2(g)　 △ H1= + 247kJ·mol-1

② CH4 (g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2(g)　　　 △ H2= + 205kJ·mol-1

写出由 CO2 获得CH4的热化学方程式：_____。　　

(2)CO2与CH4经催化重整可制得合成气：CH4(g)+CO2(g) = CO(g)+2H2(g) 按一定体积比加入CH4和CO2，在恒压下发生反应，温度对CO和H2产率影响如图所示。此反应优选温度为900℃的原因是______________________。

(3)以二氧化钛表面覆盖的Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。

① 催化剂的催化效率与乙酸的生成速率随温度的变化关系如上图所示。250～300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是__________________。

② 为了提高该反应中CH4的转化率，可以采取的措施是________(写出两种) 。

③ 将Cu2Al2O4溶解在稀硝酸中离子方程式是________________________。

(4)O2辅助的Al—CO2电池工作原理如上图所示。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。电池的负极反应式：_______________________。电池的正极反应式：2CO2+2e−= C2O42−该过程中，O2起催化作用，催化过程可表示为：i： 6 O2 + 6e− = 6 O2−　　 ii: ……写出ii的离子方程式：______________________。

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CO2的排放会带来全球“温室”效应，因此，引起国际关注和研究，渴望21世纪 CO2将作为新碳源被广泛使用。

(1)以　 CO2 和　 H2 为原料可得到　 CH4 燃料。

已知：① CH4 (g) + CO2(g) = 2CO(g) + 2H2(g)　 △ H1= + 247kJ·mol-1

② CH4 (g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2(g)　　　 △ H2= + 205kJ·mol-1

写出由 CO2 获得CH4的热化学方程式：_____。　　

(2)CO2与CH4经催化重整可制得合成气：CH4(g)+CO2(g) = CO(g)+2H2(g) 按一定体积比加入CH4和CO2，在恒压下发生反应，温度对CO和H2产率影响如图所示。此反应优选温度为900℃的原因是______________________。

(3)以二氧化钛表面覆盖的Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。

① 催化剂的催化效率与乙酸的生成速率随温度的变化关系如上图所示。250～300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是__________________。

② 为了提高该反应中CH4的转化率，可以采取的措施是________(写出两种) 。

③ 将Cu2Al2O4溶解在稀硝酸中离子方程式是________________________。

(4)O2辅助的Al—CO2电池工作原理如上图所示。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。电池的负极反应式：_______________________。电池的正极反应式：2CO2+2e−= C2O42−该过程中，O2起催化作用，催化过程可表示为：i： 6 O2 + 6e− = 6 O2−　　 ii: ……写出ii的离子方程式：______________________。

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近年来，随着人类社会的快速发展，环境污染日益严重，而环境污染中的很多问题是由于氮磷富集化引起的，所以如何降低水体中的氮磷含量问题受到广泛关注。目前有两种较为有效的氨氮废水处理方法。

I.化学沉淀法

利用了Mg2+与PO43-与氨氮生成MgNH4PO4∙6H2O沉淀以达到去除氨氮的效果。

已知：磷在pH=8-10时主要存在形式为HPO42-

Ksp（MgNH4PO4∙6H2O）=2.5×10-13

(1)请写出pH=8时，化学沉淀法去除NH4+的离子方程式为_。

(2)氨氮去除率与含磷微粒浓度随pH变化如图1所示，已知：Ksp[Mg3(PO4)2]=6.3×10-26，请解释pH>10时氨氮去除率随pH变化的原因：__。

II.光催化法

(3)光催化降解过程中形成的羟基自由基（·OH）和超氧离子（·O2-）具有光催化能力，催化原理如图2所示。请写出NO3-转化为无毒物质的电极反应式：__。

(4)经过上述反应后，仍有NH4+残留，探究其去除条件。

①温度对氨氮去除率影响如图3所示。温度升高，氨氮去除率变化的可能原因是：__；__（请写出两条）。

②选取TiO2作为催化剂，已知：TiO2在酸性条件下带正电，碱性条件下带负电。请在图4中画出pH=5时，氨氮去除率变化曲线_____。

(5)为测定处理后废水中（含少量游离酸）残留NH4+浓度，可选用甲醛-滴定法进行测定。取20mL的处理后水样，以酚酞为指示剂，用0.0100mol/LNaOH滴定至酚酞变红，此时溶液中游离酸被完全消耗，记下消耗NaOH的体积V1mL；然后另取同样体积水样，加入甲醛，再加入2-3滴酚酞指示剂，静置5min，发生反应：6HCHO+4NH4+=(CH2)6N4H+ +6H2O+3H+，继续用NaOH滴定，发生反应：(CH2)6N4H++OH-=(CH2)6N4+H2O；H++OH-=H2O。滴定至终点，记录消耗NaOH的体积V2mL，水样中残留NH4+浓度为__mol/L。

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（14分）目前“低碳经济”备受关注。CO2的产生及有效开发利用成为科学家研究的重要课题。试利用所学知识，解决下列问题。

目前，“低碳经济”备受关注，CO2的产生及有效开发利用成为科学家研究的重要课题．试运用所学知识，解决下列问题：

（1）已知某反应的平衡表达式为：它所对应的化学反应为：_________________

（2）一定条件下，将C（s）和H2O（g）分别加入甲、乙两个密闭容器中，发生（1）中反应：其相关数据如表所示：

①T1℃时，该反应的平衡常数K=

②乙容器中，当反应进行到1.5min时，H2O（g）的物质的量浓度 　 （填选项字母）．

A．=0.8mol•L﹣1　　 　　　　 B．=1.4mol•L﹣1　　

C．＜1.4mol•L﹣1　 　　　　 　 D．＞1.4mol•L﹣1

③丙容器的容积为1L，T1℃时，按下列配比充入C（s）、H2O（g）、CO2（g）和H2（g），达到平衡时各气体的体积分数与甲容器完全相同的是 （填选项字母）．

A.0.6mol、1.0mol、0.5mol、1.0mol　　

B.0.6mol、2.0mol、0mol、0mol

C.1.0mol、2.0mol、1.0mol、2.0mol　　

D.0.25mol、0.5mol、0.75mol、1.5mol

（3）将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为：2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）

已知一定压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率见下表：

①该反应的焓变△H 0，熵变△S 0（填＞、＜或=）．

②用甲醚作为燃料电池原料，在碱性介质中该电池负极的电极反应式 ．若以1.12L•min﹣1（标准状况）的速率向该电池中通入甲醚（沸点为﹣24.9℃），用该电池电解500mL 2mol•L﹣1 CuSO4溶液，通电0.50min后，理论上可析出金属铜 g．

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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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近年来，为应对温室气体排放问题和日益增长的能源需求问题，CO2综合利用技术作为潜在的解决方案受到了研究者的广泛关注。请按照要求回答问题

（1）CO常用于工业冶炼金属，下图是在不同温度下CO还原四种金属氧化物达平衡后气体中与温度（t）的关系曲线图。下列说法正确的是________。（填序号）

A 工业上可以通过增高反应装置来延长矿石和CO接触的时间，减少尾气中CO的含量

B CO不适宜用于工业冶炼金属铬（Cr）

C 工业冶炼金属铜（Cu）时较低的温度有利于提高CO的利用率

D CO还原PbO2的反应△H>0

（2）一定条件下Pd－Mg/SiO2催化剂可使CO2 “甲烷化”变废为宝，最佳催化温度是200℃～300℃左右，超过300℃催化剂会完全失活、反应停止。向密闭容器通入v（CO2）：v（H2）＝1：4的反应气体，常温进料开始加热，画出生成甲烷的量随温度的变化曲线_________。

（3）在载人航天器中应用电化学原理，以Pt为阳极，Pb（CO2的载体）为阴极KHCO3溶液为电解质溶液，还原消除航天器内CO2同时产生O2和新的能源CO，则阴极的电极反应式为___________；室温下H2CO3电离常数约为K1＝4×10－7，K2＝5×10－11，则0.025 mol·L－1的H2CO3溶液的pH约等于__________（不考虑第二步电离和H2O的电离）

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《巴黎协定》所倡导的是全球绿色、低碳。如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2引起了全世界的普遍重视。为减小和消除CO2对环境的影响，一方面世界各国都在限制其排放量，另一方面科学家加强了对CO2创新利用的研究。二氧化碳的捕集、利用是我国能源领域的一个重要战略方向。

（1）科学家提出由CO2制取C的太阳能工艺如图14 甲所示，总反应的化学方程式为_________________________________。

（2）CO2经催化加氢可合成低碳烯烃，合成乙烯的反应为2CO2(g)+6H2(g)=C2H4(g)+4H2O(g)　 ΔH。

向1L恒容密闭容器中充入2mol CO2(g)和n mol H2(g)，在一定条件下发生该反应。CO2的转化率与温

度、投料比[x=]的关系如图乙所示。

①该反应的ΔH__________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____________（写1条即可）。

③图中X1_________X2（填“<”“>”.或“=”，下同）。

④若图乙中B点的投料比为2，则500℃时的平衡常数K(B)=_________________。

（3）工业上用CO2生产甲醇燃料，进一步可合成二甲醚。已知：298K和101kPa条件下，

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

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)　　 △H=-bkJ•mol-1

CH3OH(g)=CH3OH(l)　 △H=-ckJ•mol-1

①CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式为________________________________。

②合成二甲醚的总反应为2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)　 △H=-130.8kJ•mol-1。一定条件下，该反应达到平衡状态后，若改变反应的某一个条件，下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是_____________（填序号）。

a.逆反应速率先增大后减小　　　　 b.H2的转化率增大　　　　 c.反应物的体积百分含量减小

③在某压强下，合成二甲醚的反应在不同温度、不同投料比时，CO2的平衡转化率如图所示。T1温度下，将6molCO2和12mol H2充入2L的密闭容器中，5min后反应达到平衡状态，则0~5min内的平均反应速率v(CH3OCH3)=____________；KC、KD、KE三者之间的大小关系为___________________。

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