Question

下图是碳的正常循环，但由于过度燃烧化石燃料，造成二氧化碳浓度不断上升。研究和解决二氧化碳捕集、存储和转化问题成为当前化学工作者的重要使命。

（1）有关碳循环的说法中正确的是________

a．光合作用是光能转化成化学能

b．化石燃料是可再生的

c．循环过程有氧化还原反应

d．石油中含乙烯、丙烯，通过加聚反应得到高分子化合物

（2）用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO₂发生反应：

2CO₂(g) = 2CO(g)+O₂(g)，该反应的△H___0，（选填：>、<、=）。

（3）CO₂转化途径之一是：利用太阳能或生物质能分解水制H₂，然后将H₂与CO₂转化为甲醇或其它的物质。

2H₂O（1） = 2H₂(g) + O₂(g) △H=" +" 571.5 kJ·mol^－1

3H₂(g) ＋ CO₂(g) = CH₃OH(l) ＋ H₂O（1） △H=" —137.8" kJ·mol^－1

则反应：4H₂O （1） ＋ 2CO₂(g) = 2CH₃OH(l)+3O₂(g) △H=_______kJ·mol^－1。

你认为该方法需要解决的技术问题有：____。

a．开发高效光催化剂

b．将光催化制取的氢气从反应体系中有效分离，并与CO₂催化转化。

c．二氧化碳及水资源的来源供应

（4）用稀氨水喷雾捕集CO₂最终可得产品NH₄HCO₃。在捕集时，气相中有中间体 NH₂COONH₄（氨基甲酸铵）生成。现将一定量纯净的氨基甲酸铵置于恒容的密闭真空容器中，分别在不同温度下进行反应：NH₂COONH₄(s)2NH₃(g) + CO₂(g)。实验测得的有关数据见下表。( t₁<t₂<t₃)

温度(℃) 气体总浓度 (mol/L) 时间(min)	15	25	35
0	0	0	0
t1	910^-3	2.710^-2	8.110^-2
t2	310^-2	4.810^-2	9.410^-2
t3	310^-2	4.810^-2	9.410^-2

氨基甲酸铵分解反应是_______反应（ “放热”、“吸热”）。在15℃，此反应的化学平衡常数为：_____。

（5）用一种钾盐水溶液作电解质，CO₂电催化还原为碳氢化合物（其原理见图）。在阴极上产生乙烯的电极反应方程式为：___________________________。

Answer

ac > +1438.9 ab 吸热 4×10-6 2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O

【解析】

（1）a．光合作用是光能转化成化学能；

b．化石燃料是不可再生的；

c．化石燃料转化为二氧化碳的循环过程是氧化还原反应；

d．裂解的目的是为了获得乙烯、丙烯、丁二烯、丁烯、乙炔等；而不是石油中含乙烯、丙烯；

（2）当△G=△H-T•△S＜0时，反应能自发进行；

（3）根据盖斯定律，结合已知热化学方程式，计算求解；根据所以发生反应需要的条件判断；

（4）根据表中温度对生产气体的浓度的影响分析；根据表中数据求出反应NH2COONH4（s）⇌2NH3（g）+CO2（g）的平衡常数，表中数据求出反应NH2COONH4（s）⇌2NH3（g）+CO2（g）可知，c（NH3）=3×10-2×=2×10-2mol/L，c（CO2）=3×10-2×=1×10-2mol/L；

（5）在阴极上二氧化碳得电子生成乙烯，所以其电极反应式为：2CO2+12H++12e-=CH2=CH2+4H2O。

（1）a．光合作用是光能转化成化学能，故正确；

b．化石燃料是不可再生的，故错误；

c．化石燃料转化为二氧化碳的循环过程是氧化还原反应，故正确；

d．裂解的目的是为了获得乙烯、丙烯、丁二烯、丁烯、乙炔等；而不是石油中含乙烯、丙烯，故错误；

故选：ac；

（2）2CO2（g）=2CO（g）+O2（g），反应后气体物质的量增大，则混乱度增大，即△S＞0；一定条件下可直接光催化分解CO2发生反应，△G=△H-T•△S＜0时，反应能自发进行，则该反应△H＞0；

故答案为：＞；

（3）光催化制氢：①2H2O（l）═2H2（g）+O2（g）△H=+571.5kJ•mol-1 ；H2与CO2耦合反应：②3H2（g）+CO2（g）═CH3OH（l）+H2O（l）△H=-137.8kJ•mol-1；根据盖斯定律，把①×3+②×2得方程4H2O（l）+2CO2（g）→2CH3OH（l）+3O2（g）△H=571.5×3+（-137.8）×2=1438.9kJ•mol-1；根据所以发生反应需要的条件可知需要解决的技术问题有：开发高效光催化剂；将光催化制取的氢从反应体系中有效分离，并与CO2耦合催化转化；

故答案为：+1438.9；ab；

（4）从表中数据可以看出，随着温度升高，气体的总浓度增大，平衡正向移动，则该反应为吸热反应；表中数据求出反应NH2COONH4（s）⇌2NH3（g）+CO2（g）可知，c（NH3）=3×10-2×=2×10-2mol/L，c（CO2）=3×10-2×=1×10-2mol/L；所以K=c2（NH3）×c（CO2）=（2×10-2mol）2×1×10-2=4×10-6；

故答案为：吸热；4×10-6；

（5）在阴极上二氧化碳得电子生成乙烯，所以其电极反应式为：2CO2+12H++12e-=CH2=CH2+4H2O；

故答案为：2CO2+12H++12e-=CH2=CH2+4H2O。