Question

【題目】現(xiàn)代人追求“低碳生活” ，二氧化碳的回收并利用是環(huán)保領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。試分析并回答：

(1)有一最新美國科學(xué)家的研究成果，利用金屬鈦和某些裝置等，模仿太陽的藍(lán)色波長，使CO2慢慢發(fā)生人工“光合作用” 后，被還原成太陽能燃料——甲酸等，該化學(xué)方程式是_____________________________；

(2)另有一種用CO2生產(chǎn)甲醇燃料的方法：

CO2＋3H2=CH3OH＋H2O。已知298 K和101 kPa條件下：

CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(l)　ΔH＝－a kJ·mol－1；

2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)　ΔH＝－b kJ·mol－1；

CH3OH(g)=CH3OH(l)　ΔH＝－c kJ·mol－1，

則CH3OH(l)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱ΔH＝________。

(3)工業(yè)上合成尿素的反應(yīng)如下：

2NH3(g)＋CO2(g)=CO(NH2)2(l)＋H2O(l)　ΔH＜0，某實(shí)驗(yàn)小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件，在恒定溫度下，將氨氣和二氧化碳按2∶1的物質(zhì)的量之比充入一體積為10 L的密閉容器中(假設(shè)容器體積不變，生成物的體積忽略不計(jì))，經(jīng)20 min達(dá)到平衡，各物質(zhì)濃度的變化曲線如圖所示。

①為提高尿素的產(chǎn)率，下列可以采取的措施有________；

A.縮小反應(yīng)容器的容積

B.升高溫度

C.平衡體系中分離出部分CO(NH2)2

D.使用合適的催化劑

②若保持平衡的溫度和壓強(qiáng)不變，再向容器中充入3 mol的氨氣，則此時(shí)v正________v逆(填“>”“＝”或“<”)，判斷理由_____________________________；

③若保持平衡的溫度和體積不變，25 min時(shí)再向容器中充入2 mol氨氣和1 mol二氧化碳，在40 min時(shí)重新達(dá)到平衡，請(qǐng)?jiān)谏蠄D中畫出25～50 min內(nèi)氨氣的濃度變化曲線________________。

(4)多孔Al2O3薄膜可作為催化劑載體、模板合成納米材料等用途�，F(xiàn)以高純鋁片作為陽極，不銹鋼作為陰極，一定溶度的磷酸溶液作為電解質(zhì)進(jìn)行電解，即可初步制取多孔Al2O3膜。請(qǐng)寫出該制取過程的陽極電極反應(yīng)：__________________________________________。

(5)要實(shí)現(xiàn)CO2直接加H2合成汽油，關(guān)鍵是_____________________________。

Answer 1

【答案】2CO2＋2 H2O=2HCOOH＋O2 (a＋c－1.5b) kJ·mol－1 A ＜ 保持平衡的溫度和壓強(qiáng)不變，再向容器中充入3 mol的氨氣，體系的體積變大，氨氣和二氧化碳的濃度會(huì)改變，分別為0.25 mol/L和0.05 mol/L，平衡會(huì)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以逆反應(yīng)速率大 2Al＋3H2O－6e－=Al2O3＋6H＋ 選擇合適的催化劑

【解析】

(1)CO2發(fā)生人工“光合作用” ，是CO2與水作用生成甲酸的同時(shí)，必有O2生成；

(2)根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算；

(3)①為提高尿素的產(chǎn)率，可以使化學(xué)平衡向著正反應(yīng)方向進(jìn)行；

②若保持平衡的溫度和壓強(qiáng)不變，再向容器中充入3 mol的氨氣，體系的體積變大，氨氣和二氧化碳的濃度會(huì)改變，分別為0.25 mol/L和0.05 mol/L，平衡會(huì)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以逆反應(yīng)速率大；

③25 min時(shí)再向容器中充入2 mol氨氣和1 mol二氧化碳，在40 min時(shí)重新達(dá)到平衡，則建立的是等效平衡，氨氣的平衡濃度保持不變；

(4)根據(jù)題意，以高純鋁片作為陽極制備多孔Al2O3薄膜，以一定溶度的磷酸溶液作為電解質(zhì)進(jìn)行電解，即由Al轉(zhuǎn)化為Al2O3；

(5)要實(shí)現(xiàn)CO2直接加H2合成汽油，關(guān)鍵是尋找合適的催化劑。

(1)CO2發(fā)生人工“光合作用” ，是CO2與水作用生成甲酸的同時(shí)，必有O2生成，配平即可，化學(xué)方程式是2CO2＋2 H2O=2HCOOH＋O2；

(2)甲醇燃燒熱的方程式為：CH3OH(l)＋3/2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l), 結(jié)合題目所給信息，CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(l)　ΔH＝－a kJ·mol－1　①

2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)　ΔH＝－b kJ·mol－1�、�

CH3OH(g)=CH3OH(l)　ΔH＝－c kJ·mol－1�、�

燃燒熱的方程式可以由上面三個(gè)方程：②×1.5－①－③得到，所以答案為：(a＋c－1.5b) kJ·mol－1；

(3)①為提高尿素的產(chǎn)率，可以使化學(xué)平衡向著正反應(yīng)方向進(jìn)行，

A.縮小反應(yīng)容器的容積，即增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，選項(xiàng)A正確；

B.升高溫度，化學(xué)平衡2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(s)　ΔH1＜0逆向移動(dòng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；

C.平衡體系中分離出部分CO(NH2)2，由于CO(NH2)2是液態(tài)，所以沒有影響，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；

D.使用合適的催化劑，不會(huì)引起平衡的移動(dòng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

答案選A；

②若保持平衡的溫度和壓強(qiáng)不變，再向容器中充入3 mol的氨氣，體系的體積變大，氨氣和二氧化碳的濃度會(huì)改變，分別為0.25 mol/L和0.05 mol/L，平衡會(huì)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以逆反應(yīng)速率大，答案為＜；

③25 min時(shí)再向容器中充入2 mol氨氣和1 mol二氧化碳，在40 min時(shí)重新達(dá)到平衡，則建立的是等效平衡，氨氣的平衡濃度保持不變，曲線如下：

(4)根據(jù)題意，以高純鋁片作為陽極制備多孔Al2O3薄膜，以一定溶度的磷酸溶液作為電解質(zhì)進(jìn)行電解，即由Al轉(zhuǎn)化為Al2O3，缺氧元素，可以從水中獲得氧元素，而氫則以離子形式存在；該制取過程的陽極電極反應(yīng)為：2Al＋3H2O－6e－=Al2O3＋6H＋；

(5)要實(shí)現(xiàn)CO2直接加H2合成汽油，關(guān)鍵是尋找合適的催化劑，如中科院大連所專家已于最近成功實(shí)現(xiàn)了CO2直接加氫制取高辛烷值汽油，采用的是新型復(fù)合催化劑含Fe3O4等，方程式為：8CO2＋25H2C8H18＋16H2O。