Question

【題目】CO2的資源化利用能有效減少CO2排放，充分利用碳資源。

（1）CaO可在較高溫度下捕集CO2，在更高溫度下將捕集的CO2釋放利用。CaC2O4·H2O熱分解可制備CaO，CaC2O4·H2O加熱升溫過程中固體的質(zhì)量變化見下圖。

①寫出400~600 ℃范圍內(nèi)分解反應(yīng)的化學(xué)方程式：________。

②與CaCO3熱分解制備的CaO相比，CaC2O4·H2O熱分解制備的CaO具有更好的CO2捕集性能，其原因是________。

（2）電解法轉(zhuǎn)化CO2可實(shí)現(xiàn)CO2資源化利用。電解CO2制HCOOH的原理示意圖如下。

①寫出陰極CO2還原為HCOO的電極反應(yīng)式：________。

②電解一段時(shí)間后，陽極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低，其原因是________。

（3）CO2催化加氫合成二甲醚是一種CO2轉(zhuǎn)化方法，其過程中主要發(fā)生下列反應(yīng)：

反應(yīng)Ⅰ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH =41.2 kJ·mol1

反應(yīng)Ⅱ：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH =﹣122.5 kJ·mol1

在恒壓、CO2和H2的起始量一定的條件下，CO2平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時(shí)CH3OCH3的選擇性隨溫度的變化如圖。其中：

CH3OCH3的選擇性=×100％

①溫度高于300 ℃，CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升的原因是________。

②220 ℃時(shí)，在催化劑作用下CO2與H2反應(yīng)一段時(shí)間后，測得CH3OCH3的選擇性為48%（圖中A點(diǎn)）。不改變反應(yīng)時(shí)間和溫度，一定能提高CH3OCH3選擇性的措施有________。

Answer 1

【答案】CaC2O4CaCO3+CO↑ CaC2O4·H2O熱分解放出更多的氣體，制得的CaO更加疏松多孔 CO2+H++2eHCOO或CO2++2eHCOO+ 陽極產(chǎn)生O2，pH減小，濃度降低；K+部分遷移至陰極區(qū) 反應(yīng)Ⅰ的ΔH＞0，反應(yīng)Ⅱ的ΔH＜0，溫度升高使CO2轉(zhuǎn)化為CO的平衡轉(zhuǎn)化率上升，使CO2轉(zhuǎn)化為CH3OCH3的平衡轉(zhuǎn)化率下降，且上升幅度超過下降幅度 增大壓強(qiáng)，使用對反應(yīng)Ⅱ催化活性更高的催化劑

【解析】

本題注重理論聯(lián)系實(shí)際，引導(dǎo)考生認(rèn)識并體會化學(xué)科學(xué)對社會發(fā)展的作用，試題以減少CO2排放，充分利用碳資源為背景，考查《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊中方程式的計(jì)算、電化學(xué)、化學(xué)平衡移動等基本知識；

（1）①令CaC2O4·H2O的物質(zhì)的量為1mol，即質(zhì)量為146g，根據(jù)圖像，前一階段剩余固體質(zhì)量為128，原固體質(zhì)量為146g，相差18g，說明此階段失去結(jié)晶水，第二階段從剩余固體質(zhì)量與前一階段剩余固體質(zhì)量相對比，少了28g，相差1個(gè)CO2，因此400℃－600℃范圍內(nèi)，分解反應(yīng)方程式為CaC2O4 CaCO3＋CO↑；②CaC2O4·H2O熱分解放出更多的氣體，制得的CaO更加疏松多孔，增加與CO2的接觸面積，更好捕捉CO2；

（2）①根據(jù)電解原理，陰極上得到電子，化合價(jià)降低，CO2＋HCO3－＋2e－=HCOO－＋CO32－，或CO2＋H＋＋2e－=HCOO－；

②陽極反應(yīng)式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，pH減小，H＋與HCO3－反應(yīng)，同時(shí)部分K＋遷移至陰極區(qū)；

（3）①根據(jù)反應(yīng)方程式，反應(yīng)I為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，反應(yīng)II為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，CO2的轉(zhuǎn)化率降低，根據(jù)圖像，上升幅度超過下降幅度，因此溫度超過300℃時(shí)，CO2轉(zhuǎn)化率上升；

②依據(jù)CH3OCH3選擇性公式，提高CH3OCH3選擇性，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，根據(jù)反應(yīng)II，可以增大壓強(qiáng)，或者使用對反應(yīng)II催化活性更高的催化劑。