Question

【題目】現代人追求“低碳生活” ，二氧化碳的回收并利用是環保領域研究的熱點和重點。試分析并回答：

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

(2)另有一種用CO2生產甲醇燃料的方法：

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)的標準燃燒熱ΔH＝________。

(3)工業上合成尿素的反應如下：

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

①為提高尿素的產率，下列可以采取的措施有________；

A.縮小反應容器的容積

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不變，再向容器中充入3 mol的氨氣，則此時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時再向容器中充入2 mol氨氣和1 mol二氧化碳，在40 min時重新達到平衡，請在上圖中畫出25～50 min內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。現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進行電解，即可初步制取多孔Al2O3膜。請寫出該制取過程的陽極電極反應：__________________________________________。

(5)要實現CO2直接加H2合成汽油，關鍵是_____________________________。

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改變，分別為0.25 mol/L和0.05 mol/L，平衡會向逆反應方向移動，所以逆反應速率大 2Al＋3H2O－6e－=Al2O3＋6H＋ 選擇合適的催化劑

【解析】

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

(2)根據蓋斯定律進行計算；

(3)①為提高尿素的產率，可以使化學平衡向著正反應方向進行；

②若保持平衡的溫度和壓強不變，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改變，分別為0.25 mol/L和0.05 mol/L，平衡會向逆反應方向移動，所以逆反應速率大；

③25 min時再向容器中充入2 mol氨氣和1 mol二氧化碳，在40 min時重新達到平衡，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進行電解，即由Al轉化為Al2O3；

(5)要實現CO2直接加H2合成汽油，關鍵是尋找合適的催化劑。

(1)CO2發生人工“光合作用” ，是CO2與水作用生成甲酸的同時，必有O2生成，配平即可，化學方程式是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), 結合題目所給信息，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�、�

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

(3)①為提高尿素的產率，可以使化學平衡向著正反應方向進行，

A.縮小反應容器的容積，即增大壓強，化學平衡正向移動，選項A正確；

B.升高溫度，化學平衡2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(s)　ΔH1＜0逆向移動，選項B錯誤；

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

D.使用合適的催化劑，不會引起平衡的移動，選項D錯誤。

答案選A；

②若保持平衡的溫度和壓強不變，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改變，分別為0.25 mol/L和0.05 mol/L，平衡會向逆反應方向移動，所以逆反應速率大，答案為＜；

③25 min時再向容器中充入2 mol氨氣和1 mol二氧化碳，在40 min時重新達到平衡，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進行電解，即由Al轉化為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為：2Al＋3H2O－6e－=Al2O3＋6H＋；

(5)要實現CO2直接加H2合成汽油，關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現了CO2直接加氫制取高辛烷值汽油，采用的是新型復合催化劑含Fe3O4等，方程式為：8CO2＋25H2C8H18＋16H2O。