Question

【題目】利用太陽(yáng)能光解水，制備的H2用于還原CO2合成有機(jī)物，可實(shí)現(xiàn)資源的再利用。回答下列問(wèn)題：

Ⅰ.半導(dǎo)體光催化劑浸入水或電解質(zhì)溶液中，光照時(shí)可在其表面得到產(chǎn)物

(1)下圖為該催化劑在水中發(fā)生光催化反應(yīng)的原理示意圖。光解水能量轉(zhuǎn)化形式為___________。

(2)若將該催化劑置于Na2SO3溶液中，產(chǎn)物之一為，另一產(chǎn)物為__________。若將該催化劑置于AgNO3溶液中，產(chǎn)物之一為O2，寫出生成另一產(chǎn)物的離子反應(yīng)式__________。

Ⅱ.用H2還原CO2可以在一定條下合成CH3OH(不考慮副反應(yīng))：

(3)某溫度下，恒容密閉容器中，CO2和H2的起始濃度分別為 a molL-1和3 a molL-1，反應(yīng)平衡時(shí)，CH3OH的產(chǎn)率為b，該溫度下反應(yīng)平衡常數(shù)的值為___________。

(4)恒壓下，CO2和H2的起始物質(zhì)的量比為1:3時(shí)，該反應(yīng)在無(wú)分子篩膜時(shí)甲醇的平衡產(chǎn)率和有分子篩膜時(shí)甲醇的產(chǎn)率隨溫度的變化如圖所示，其中分子篩膜能選擇性分離出H2O。

①甲醇平衡產(chǎn)率隨溫度升高而降低的原因?yàn)?/span>____________。

②P點(diǎn)甲醇產(chǎn)率高于T點(diǎn)的原因?yàn)?/span>___________。

③根據(jù)上圖，在此條件下采用該分子篩膜時(shí)的最佳反應(yīng)溫度為___________°C。

Ⅲ.調(diào)節(jié)溶液pH可實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢氣CO2的捕獲和釋放

(5) 的空間構(gòu)型為__________。已知25℃碳酸電離常數(shù)為Ka1、Ka2，當(dāng)溶液pH=12時(shí)，=1：_______：__________。

Answer 1

【答案】光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 H2 該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)（或平衡常數(shù)減小） 分子篩膜從反應(yīng)體系中不斷分離出H2O，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，甲醇產(chǎn)率升高 210 平面（正）三角形

【解析】

I.根據(jù)圖示分析反應(yīng)以及能量轉(zhuǎn)化形式；根據(jù)氧化還原反應(yīng)的規(guī)律分析產(chǎn)物、書寫離子反應(yīng)式；

II.用三段式和平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算平衡常數(shù)，依據(jù)外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響分析作答；

III.用價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷的空間構(gòu)型，利用電離平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算粒子濃度的比值。

I.(1)根據(jù)圖示，該催化劑在水中發(fā)生光催化反應(yīng)的方程式為2H2O2H2↑+O2↑，光解水能量轉(zhuǎn)化形式為光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，故答案為：光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。

(2)若將該催化劑置于Na2SO3溶液中，產(chǎn)物之一為，被氧化成，則H+被還原為H2，即另一產(chǎn)物為H2；若將該催化劑置于AgNO3溶液中，產(chǎn)物之一為O2，氧元素的化合價(jià)升高，O2為氧化產(chǎn)物，則生成另一產(chǎn)物的反應(yīng)為還原反應(yīng)，由于Ag+得電子能力大于H+，故生成另一產(chǎn)物的離子反應(yīng)式為Ag++e-=Ag，故答案為：H2，Ag++e-=Ag。

II.(3) CO2和H2的起始濃度分別為 a molL-1和3 a molL-1，CH3OH的產(chǎn)率為b，則生成的CH3OH物質(zhì)的量濃度為abmol/L，根據(jù)三段式

則反應(yīng)的平衡常數(shù)K== =，故答案為：。

(4)①該反應(yīng)為放熱反應(yīng)(H<0)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)（或平衡常數(shù)減�。�，故甲醇平衡產(chǎn)率隨溫度升高而降低，故答案為：該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)（或平衡常數(shù)減�。�；

②因?yàn)榉肿雍Y膜能選擇性分離出H2O，c（H2O）減小，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，甲醇產(chǎn)率升高，故P點(diǎn)甲醇產(chǎn)率高于T點(diǎn)，故答案為：分子篩膜從反應(yīng)體系中不斷分離出H2O，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，甲醇產(chǎn)率升高。

③根據(jù)圖示，使用該分子篩膜210℃時(shí)甲醇的產(chǎn)率最大，故在此條件下采用該分子篩膜時(shí)的最佳反應(yīng)溫度為210℃，故答案為：210。

III.(5)中C的孤電子對(duì)數(shù)為×（4+2-3×2）=0，σ鍵電子對(duì)數(shù)為3，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，C上沒有孤電子對(duì)，故的空間構(gòu)型為平面正三角形；H2CO3的電離方程式為H2CO3H++、 H++，則Ka1= 、Ka2=，當(dāng)溶液的pH=12時(shí)，c（H+）=1×10-12mol/L，將其代入Ka1、Ka2中分別求出c（）=1012Ka1 c(H2CO3)、c（）=1012Ka2 c（）=1024Ka1Ka2 c(H2CO3)，則c(H2CO3)：c（）：c（） =1：（1012Ka1）：（1024Ka1Ka2），故答案為：平面正三角形，1012Ka1，1024Ka1Ka2。