Question

【題目】近年科學家提出“綠色自由”構想。把空氣中的CO2進行轉化，并使之與H2反應生成可再生能源甲醇。

（1）工業生產中可利用H2還原CO2制備清潔能源甲醇。

①下列關于氫能的說法正確的是____。

A．氫能是清潔能源 B．氫能是二次能源

C．氫能是不可再生能源 D．氣態氫能源更容易保存和運輸

②已知CO（g）和H2（g）的燃燒熱（△H）分別為-283.0kJmol-1、-285.8kJmol-1。CO與H2合成甲醇的能量變化如圖甲所示：

則用CO2（g）和H2（g）制備液態甲醇的熱化學方程式為____。

③將一定量的CO2和H2充入到某恒容密閉容器中，測得在不同催化劑作用下，相同時間內CO2的轉化率與溫度的變化如圖乙所示：催化效果最好的是催化劑____（選填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）。

（2）利用CO和水蒸氣可生產H2，反應的化學方程式：CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）。將不同量的CO（g）和H2O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中進行如下反應，得到三組數據如表所示：

溫度/℃	起始量		達到平衡
	CO/mol	H2O/mol	H2/mol	CO轉化率	時間/min
650	4	2	1.6		10
900	3	2			5

900℃時，達到平衡時的反應速率v（H2O）=____。（保留2位小數）。

（3）科學家還研究了其他轉化溫室氣體的方法，利用如圖所示裝置可以將CO2轉化為氣體燃料CO。該裝置工作時，N電極的電極反應式為____。

Answer 1

【答案】AB CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（l）+H2O（l）△H=-93.8kJmol-1 I 0.10molL-1min-1 CO2+2H++2e-═CO+H2O

【解析】

（1）①A.氫氣的燃燒產物只有水，不會污染環境，是一種清潔能源，故A正確；

B. 氫氣在自然界中不能直接獲得，要通過電解水的方法獲得，因此氫能屬于二次能源，故B正確；

C. 氫氣燃燒的產物是水，在通過電解水產生氫氣，形成循環，因此氫能可再生，故C錯誤；

D. 由于氫氣難壓縮，且易燃燒，所以不易保存和運輸，故D錯誤。

答案選AB。

② 根據CO（g）和H2（g）的燃燒熱（△H），可列熱化學方程式：

（Ⅰ）CO（g）+O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJmol-1；

（Ⅱ）H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H=-285.8kJmol-1；

根據圖象曲線變化可寫出熱化學方程式（Ⅲ）：CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=-（510-419）kJmol-1=-91kJmol-1。

根據蓋斯定律，利用（Ⅱ）+（Ⅲ）-（Ⅰ），可得熱化學方程式：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（l）+H2O（l）△H=-93.8kJmol-1，

故答案為：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（l）+H2O（l）△H=-93.8kJmol-1；

③由圖象可知催化劑I的作用下，CO2的轉化率最高，即為催化效果最佳；故答案為：I

（2）900℃時，結合CO的轉化率，根據三段式進行有關數據處理：
CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

起始/mol 3 2 0 0

轉化/mol 1 1 1 1

平衡/mol 2 1 1 1

v（H2O）==0.10molL-1min-1

故答案為：0.10molL-1min-1

（3）根據裝置圖分析，M電極上H2O失去電子轉化為O2和H+，N電極上CO2轉化為CO，過程為得電子反應，H+通過質子交換膜參與反應生成H2O，則N電極上發生的電極反應為：CO2+2H++2e═CO+H2O，

故答案為：CO2++2e═CO+H2O。