Question

CO₂是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。回答下列问题：

（1）CO₂可以被NaOH溶液捕获。若所得溶液c(HCO₃^-)∶c(CO₃^2-)=2∶1，溶液pH=___。

（室温下，H₂CO₃的K₁=4×10⁻⁷；K₂=5×10⁻¹¹）

（2）CO₂与CH₄经催化重整，制得合成气：CH₄(g)+CO₂(g)2CO(g)+2H₂(g)

①已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：

化学键	C—H	C=O	H—H	CO(CO)
键能/kJ·mol^−1	413	745	436	1075

则该反应的ΔH=___。分别在VL恒温密闭容器A（恒容）、B（恒压，容积可变）中，加入CH₄和CO₂各1mol的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是___（填“A”或“B”）。

②按一定体积比加入CH₄和CO₂，在恒压下发生反应，温度对CO和H₂产率的影响如图3所示。此反应优选温度为900℃的原因是___。

（3）O₂辅助的Al～CO₂电池工作原理如图4所示。该电池电容量大，能有效利用CO₂，电池反应产物Al₂(C₂O₄)₃是重要的化工原料。

电池的正极反应式：6O₂+6e⁻=6O₂⁻    6CO₂+6O₂⁻=3C₂O₄²⁻+6O₂

反应过程中O₂的作用是___。该电池的总反应式：___。

Answer

10 +120kJ·mol-1 B 900℃时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低 催化剂 2Al+6CO2=Al2(C2O4)3

【解析】

(1) K2==5×10-11，且所得溶液c(HCO3-)：c(CO32-)=2：1，据此计算溶液pH；

(2)①该反应的△H=反应物总键能-生成物总键能；该反应的正反应是气体物质的量增大的反应，增大压强平衡逆向移动，A在反应过程中压强在不断增大、B在反应过程中压强不变；

②900℃时合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，且升高温度耗能较大；

(3)该原电池中Al作负极，失电子生成铝离子；在正极的反应式中，在第一个反应中作反应物、在第二个反应中作生成物；在得失电子相同条件下，正负极电极反应式相加即得电池反应式。

(1) K2==5×10-11，且所得溶液c(HCO3-)：c(CO32-)=2：1，c(H+)==5×10−11×2=1×10−10，则pH=10；

(2)①该反应的△H=反应物总键能−生成物总键能=[4×413+2×745−2×1075−2×436]kJ/mol=+120kJ/mol；该反应的正反应是气体物质的量增大的反应，增大压强平衡逆向移动，A在反应过程中压强在不断增大、B在反应过程中压强不变，所以A相当于B来说是增大压强，平衡逆向移动，所以A中反应物转化率小于B，则两容器中反应达平衡后吸收的热量较多的是B；

②根据图知，900℃时合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，且升高温度耗能较大，经济效益降低，温度低时合成气产率降低且反应速率降低；

(3)该原电池中Al作负极，失电子生成铝离子，电极反应式为Al−3e−=Al3+；在正极的反应式中，在第一个反应中作反应物、在第二个反应中作生成物，所以氧气在反应中作催化剂；在得失电子相同条件下，正负极电极反应式相加即得电池反应式，电池反应式为2Al+6CO2=Al2(C2O4)3。