Question

空气中CO₂含量偏高会产生温室效应，也会对人体健康造成影响；CO₂的用途广泛，合理使用则可缓解由CO₂累积所产生的温室效应，实现CO₂的良性循环。

（1）一定条件下CO₂可制得Na₂CO₃、NaHCO₃等。

①等物质的量浓度的Na₂CO₃、NaHCO₃溶液，碱性前者____后者（填“>”“<”或“=”）。

②有下列五种物质的量浓度均为0.1mol/L的电解质溶液，将其稀释相同倍数时，其中pH变化最大的是__（填字母编号）。

A．Na2CO3

B．NaHCO3

C．NaAlO2

D．CH3COONa

E．NaOH

（2）已知反应Fe(s)＋CO₂(g)FeO(s)＋CO(g) ΔH＝a kJ/mol，测得在不同温度下，

该反应的平衡常数K随温度的变化如下：

温度(℃)	300	500	700
K	3.00	3.47	4.40

上述反应中a_______0（填“>”、“<”或“=”)；在2L密闭容器中300℃下进行反应，若Fe和CO₂的起始量均为4 mol，当达到平衡时CO₂的转化率为________。

（3）目前工业上可以用CO₂和H₂在230℃、催化剂条件下反应生成甲醇蒸汽和水蒸气。下图为恒压容器中0.5 mol CO₂和1.5 mol H₂反应转化率达80%时的能量变化示意图。则该反应的热化学方程式为__________。

（4）人工光合作用能够借助太阳能，用CO₂和H₂O制备化学原料。下图是制备HCOOH的示意图，根据要求回答问题：

①催化剂b表面的电极反应式为__________。

②经测定，若每分钟通过质子交换膜的H⁺的物质的量为40mol，则每小时可产生O₂_____kg。

Answer

> E > 75% CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H =－49 kJ/mol CO2+2e－+2H+=HCOOH 19.2

【解析】

（1）①等物质的量浓度的Na2CO3、NaHCO3溶液，Na2CO3的水解程度更大，故Na2CO3溶液的碱性较强，故碱性前者>后者；

②Na2CO3 、NaHCO3、NaAlO2 、CH3COONa都是强碱弱酸盐，稀释时会促进水解，所以溶液的碱性变化较小，NaOH完全电离，稀释时碱性变化最大，选E；

（2）从表中看出，随着温度的升高平衡常数增大，故升高温度平衡向正反应方向移动，则正反应方向是吸热反应，故a>0；Fe和CO2的起始量均为4 mol，则CO2的其实浓度为2mol/L，设CO2反应了x mol/L，根据反应方程式，则有：

Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)

c（起始）mol/L 2 0

c（变化）mol/L x x

c（平衡）mol/L 2-x x

K=c(CO)/ c(CO2)= x/(2-x)=3，得：x=1.5 mol/L，CO2的转化率为：1.5 mol÷L/2 mol/L=0.75 =75%；

（3）从图看出反应物的能量高于生成物的能量，故反应是放热反应，再根据能量的变化图，知道0.5 mol CO2和1.5 mol H2反应转化率达80%时放热为：19.6 kJ，那么1mol CO2和3mol H2反应放出热量为49kJ，则热化学方程式为：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H =－49 kJ/mol；

（4）①根据电子的移动方向知道b是正极，正极发生还原反应，元素的化合价降低，CO2在正极反应生成HCOOH，电极反应为：CO2+2e－+2H+=HCOOH；

②根据2O2-→O2，转移的电子为4e-，若每分钟通过质子交换膜的H+的物质的量为40mol，那么转移的电子也为40mol，则可生成O2的物质的量为10mol，一小时可以生成600mol，质量为：600mol×32g/mol=19200g= 19.2 kg。