Question

【题目】CO2既是温室气体，也是重要的化工原料。以CO2为原料可合成多种物质。

（1）利用CO2和CH4重整可制合成气（主要成分CO、H2），重整过程中部分反应的热化学方程式为：

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

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

（2）在一定温度下，向2L固定容积的密闭容器中通入2 mol CO2和6 mol H2发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H<0。测得CO2和CH3OH(g)浓度随时间变化如下图所示。

①前10 min内的平均反应速率υ(H2)=____ mol∕(L·min)。

②能说明该反应已达平衡状态的是____。

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

B．混合气体的平均摩尔质量保持不变

C．CH3OH的体积分数在混合气体中保持不变

D．混合气体的密度不随时间变化

③下列措施能使n(CH3OH) ∕n(CO2) 增大的是____。

A．升高温度 B．恒温恒容充入He(g)

C．使用高效催化剂 D．恒温恒容下，再充入1mol CO2、3mol H2

④该温度下的平衡常数K=____(L∕mol)2。

（3）用100mL 0.25 mol∕L Na2CO3溶液吸收标准状况下336mL的CO2气体（溶液体积变化忽略不计），所得溶液中：c(HCO3)+c(CO32)+c(H2CO3)=____ mol∕L（填数字）。

（4）在强酸性的电解质水溶液中，惰性材料做电极，电解CO2可得到多种燃料，其原理如图所示。

① b电极的名称是____。

② 请写出电解时生成乙烯的电极反应式____。

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】试题分析：(1)根据盖斯定律计算CO2(g) + CH4(g) = 2CO(g) + 2H2(g)的△H；（2）①根据 计算υ(H2)；②根据化学平衡的特征分析；③根据平衡移动原理分析n(CH3OH) ∕n(CO2)的变化；④根据 计算；(3)根据碳元素守恒计算；（4）根据图示，电解池中阳离子移向阴极，H+向左移动，所以a是负极、b是正极；二氧化碳得电子生成乙烯；

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

根据盖斯定律，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时，不一定不再变化，所以不能说明该反应已达平衡状态；

B．根据 ，气体质量不变、总物质的量是变量，所以混合气体的平均摩尔质量是变量，变量保持不变一定达到平衡状态；

C．CH3OH的体积分数在混合气体中保持不变，说明甲醇的物质的量不变，能说明该反应已达平衡状态；

D．气体总质量不变、容器体积不变，根据 ，混合气体的密度是恒量，密度不随时间变化，不能说明该反应已达平衡状态；选BC。

③A．正反应放热，升高温度逆向移动，n(CH3OH) ∕n(CO2) 减小； B．恒温恒容充入He(g)，平衡不移动，n(CH3OH) ∕n(CO2)不变；C．使用高效催化剂，平衡不移动，n(CH3OH) ∕n(CO2)不变；D．恒温恒容下，再充入1mol CO2、3mol H2，相当于加压，平衡正向移动，n(CH3OH) ∕n(CO2) 增大；选D。

④根据图示达到平衡时 、、、,平衡常数K= =5.33 (L∕mol)2。

（3）用100mL 0.25 mol∕L Na2CO3溶液吸收标准状况下336mL的CO2气体,所得溶液中碳元素的物质的量是0.04mol，浓度是0.4 mol∕L，根据碳元素守恒c(HCO3)+c(CO32)+c(H2CO3)= 0.4 mol∕L。

（4）（4）①根据图示，电解池中阳离子移向阴极，H+向左移动，所以a是负极、b是正极；②在酸性电解质中二氧化碳得电子生成乙烯的电极反应式是2CO2＋12H＋＋12e－＝C2H4＋4H2O。