Question

【題目】CO2是地球上取之不盡用之不竭的碳源，將CO2應用于生產中實現其綜合利用是目前的研究熱點。

（1）由CO2轉化為羧酸是CO2資源化利用的重要方法。

I.在催化作用下由CO2和CH4轉化為CH3COOH的反應歷程示意圖如圖。

①在合成CH3COOH的反應歷程中，下列有關說法正確的是_____。（填字母）

a.該催化劑使反應的平衡常數增大

b.CH4→CH3COOH過程中，有C—H鍵發(fā)生斷裂

c.由X→Y過程中放出能量并形成了C—C鍵

②該條件下由CO2和CH4合成CH3COOH的化學方程式為_____。

II.電解法轉化CO2制HCOOH的原理如圖。

①寫出陰極CO2還原為HCOO-的電極反應式：_____。

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

（2）由CO2合成甲醇是CO2資源化利用的重要方法。研究表明在催化劑作用下CO2和H2可發(fā)生反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH

①有利于提高合成CH3OH反應中CO2的平衡轉化率的措施有_____。（填字母）

a.使用催化劑 b.加壓 c.增大初始投料比

②研究溫度對于甲醇產率的影響。在210℃~290℃保持原料氣中CO2和H2的投料比不變，得到甲醇的實際產率、平衡產率與溫度的關系如圖所示。ΔH____0（填“＞”或“＜”），其依據是____。

Answer 1

【答案】bc CH4+CO2CH3COOH 2CO2+HCO3-+2e-=HCOO-+CO32- 陽極產生O2，c（H+）增大，c（HCO3-）降低；K+部分進入陰極 b < 溫度升高，甲醇的平衡產率降低

【解析】

(1)Ⅰ．①根據合成示意圖進行判斷；

②由圖示寫出由CO2和CH4合成CH3COOH的化學方程式；

Ⅱ．①根據圖示分析，陰極CO2得電子，寫出CO2還原為HCOO-的電極反應式；

②根據電解池反應原理分析；

(2)①根據平衡轉化率影響因素方面分析；

②根據圖像得甲醇的平衡產率隨著溫度的升高的變化趨勢。

(1)Ⅰ．①a．催化劑只能改變化學反應速率，不能改變反應的平衡常數，故a錯誤；

b．由圖中變化可知甲烷在催化劑作用下選擇性活化，甲烷分子中碳原子會與催化劑形成新的共價鍵，必有C-H鍵發(fā)生斷裂，故b正確；

c．X→Y的焓值降低，說明為放熱過程，由CH4→CH3COOH有C-C鍵形成，故c正確；

故答案選bc；

②由圖示可知，由CO2和CH4合成CH3COOH的化學方程式為CH4+CO2CH3COOH；

Ⅱ．①陰極得電子，CO2還原為HCOO-的電極反應式為：2CO2+HCO3-+2e-=HCOO-+CO32-；

②陽極H2O失電子產生O2，c(H+)增大，碳酸氫根離子與氫離子反應，所以c(HCO3-)降低，K+部分進入陰極，導致陽極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低；

(2)①a．使用催化劑只能改變化學反應速率，不影響化學平衡，也就不影響CO2的平衡轉化率；

b．該反應的正反應為氣體體積減小的反應，加壓能使化學平衡正向移動，能夠提高CO2的平衡轉化率；

c．增大CO2和H2的初始投料比，CO2的平衡轉化率降低；

故答案選b；

②根據圖像可知，甲醇的平衡產率隨著溫度的升高而降低，所以正反應為放熱反應，即ΔH<0。