Question

【題目】CO2是一種廉價的碳資源，其綜合利用具有重要意義。回答下列問題。

（1）CO2可以被NaOH溶液捕獲。若所得溶液pH=13，CO2主要轉化為_______（寫離子符號）；若所得溶液c(HCO3-):c(CO32-)=2:1，溶液pH=______。（室溫下，H2CO3的K1=4×10-7；K2=5×10-11）

（2）CO2與CH4經催化重整，制得合成氣：CH4(g)+CO2(g) (2CO(g)+2H2(g)

①已知上述反應中相關的化學鍵鍵能數據如下：

化學鍵	C—H	C=O	H—H	CO
鍵能/kJ·mol-1	413	745	436	1075

則該反應的△H=___________。分別在VL恒溫密閉容器A（恒容）、B（恒壓，容積可變）中，加入CH4和CO2各1mol的混合氣體。兩容器中反應達平衡后放出或吸收的熱量較多的是____________（填“A”或“B”）

②按一定體積比加入CH4和CO2，在恒壓下發生反應，溫度對CO和H2產率的影響如下圖所示。此反應優選溫度為900℃的原因是_______________。

（3）O2輔助的A1-CO2電池工作原理如上圖所示。該電池電容量大，能有效利用CO2，電池反應產物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。

電池的正極反應式：6O2+6e-=6O2- 6CO2+6O2-=3C2O42-+6O2

反應過程中O2的作用是_______________。該電池的總反應式：_________________。

Answer 1

【答案】 CO32- 10 +120 kJ·mol-1 B 900 ℃時，合成氣產率已經較高，再升高溫度產率增幅不大，但能耗升高，經濟效益降低。 催化劑 2Al+6CO2=Al（C2O4）3

【解析】(1)根據K2==5×10-11，結合溶液的pH=13分析判斷；再結合溶液c(HCO3-)：c(CO32-)=2：1，計算溶液pH；

(2)①根據△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能計算；該反應的正反應是氣體物質的量增大的反應，結合增大壓強平衡逆向移動分析判斷；②根據圖像900℃時合成氣產率已經較高，分析解答；

(3)該原電池中Al作負極，失電子生成鋁離子，根據正負極電極反應式相加即得電池反應式解答。

(1)K2==5×10-11，則c(H+)=，當c(HCO3-)=c(CO32-)，c(H+)=5×10-11，pH在10.3，如果溶液的pH=13，則c(HCO3-)＜＜c(CO32-)，所以該溶液中所得陰離子為c(CO32-)；K2==5×10-11，且所得溶液c(HCO3-)：c(CO32-)=2：1，c(H+)==5×10-11×2=1×10-10，pH=10，故答案為：c(CO32-)；10；

(2)①該反應的△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能=[4×413+2×745-2×1075-2×436]kJ/mol =+120kJ/mol；該反應的正反應是氣體物質的量增大的反應，增大壓強平衡逆向移動，A在反應過程中壓強在不斷增大、B在反應過程中壓強不變，所以A相當于B來說是增大壓強，平衡逆向移動，所以A中反應物轉化率小于B，則兩容器中反應達平衡后吸收的熱量較多的是B，故答案為：+120kJ/mol；B；

②根據圖知，900℃時合成氣產率已經較高，再升高溫度產率增幅不大，且升高溫度耗能較大，經濟效益降低，溫度低時合成氣產率降低且反應速率降低，故答案為：900 ℃時，合成氣產率已經較高，再升高溫度產率增幅不大，但能耗升高，經濟效益降低；

(3)該原電池中Al作負極，失電子生成鋁離子，電極反應式為Al-3e-=Al 3+；在正極的反應式中，在第一個反應中作反應物、在第二個反應中作生成物，所以氧氣在反應中作催化劑；在得失電子相同條件下，正負極電極反應式相加即得電池反應式，電池反應式為2Al+6CO2=Al2(C2O4)3，故答案為：催化劑；2Al+6CO2=Al2(C2O4)3。