Question

CO₂是地球上取之不尽用之不竭的碳源，将CO₂应用于生产中实现其综合利用是目前的研究热点。

（1）由CO₂转化为羧酸是CO₂资源化利用的重要方法。

I.在催化作用下由CO₂和CH₄转化为CH₃COOH的反应历程示意图如图。

①在合成CH₃COOH的反应历程中，下列有关说法正确的是_____。（填字母）

a.该催化剂使反应的平衡常数增大

b.CH₄→CH₃COOH过程中，有C—H键发生断裂

c.由X→Y过程中放出能量并形成了C—C键

②该条件下由CO₂和CH₄合成CH₃COOH的化学方程式为_____。

II.电解法转化CO₂制HCOOH的原理如图。

①写出阴极CO₂还原为HCOO^-的电极反应式：_____。

②电解一段时间后，阳极区的KHCO₃溶液浓度降低，其原因是_____。

（2）由CO₂合成甲醇是CO₂资源化利用的重要方法。研究表明在催化剂作用下CO₂和H₂可发生反应：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)      ΔH

①有利于提高合成CH₃OH反应中CO₂的平衡转化率的措施有_____。（填字母）

a.使用催化剂       b.加压            c.增大初始投料比

②研究温度对于甲醇产率的影响。在210℃~290℃保持原料气中CO₂和H₂的投料比不变，得到甲醇的实际产率、平衡产率与温度的关系如图所示。ΔH____0（填“＞”或“＜”），其依据是____。

Answer

bc CH4+CO2CH3COOH 2CO2+HCO3-+2e-=HCOO-+CO32- 阳极产生O2，c（H+）增大，c（HCO3-）降低；K+部分进入阴极 b < 温度升高，甲醇的平衡产率降低

【解析】

(1)Ⅰ．①根据合成示意图进行判断；

②由图示写出由CO2和CH4合成CH3COOH的化学方程式；

Ⅱ．①根据图示分析，阴极CO2得电子，写出CO2还原为HCOO-的电极反应式；

②根据电解池反应原理分析；

(2)①根据平衡转化率影响因素方面分析；

②根据图像得甲醇的平衡产率随着温度的升高的变化趋势。

(1)Ⅰ．①a．催化剂只能改变化学反应速率，不能改变反应的平衡常数，故a错误；

b．由图中变化可知甲烷在催化剂作用下选择性活化，甲烷分子中碳原子会与催化剂形成新的共价键，必有C-H键发生断裂，故b正确；

c．X→Y的焓值降低，说明为放热过程，由CH4→CH3COOH有C-C键形成，故c正确；

故答案选bc；

②由图示可知，由CO2和CH4合成CH3COOH的化学方程式为CH4+CO2CH3COOH；

Ⅱ．①阴极得电子，CO2还原为HCOO-的电极反应式为：2CO2+HCO3-+2e-=HCOO-+CO32-；

②阳极H2O失电子产生O2，c(H+)增大，碳酸氢根离子与氢离子反应，所以c(HCO3-)降低，K+部分进入阴极，导致阳极区的KHCO3溶液浓度降低；

(2)①a．使用催化剂只能改变化学反应速率，不影响化学平衡，也就不影响CO2的平衡转化率；

b．该反应的正反应为气体体积减小的反应，加压能使化学平衡正向移动，能够提高CO2的平衡转化率；

c．增大CO2和H2的初始投料比，CO2的平衡转化率降低；

故答案选b；

②根据图像可知，甲醇的平衡产率随着温度的升高而降低，所以正反应为放热反应，即ΔH<0。