碳基能源的大量消耗使大气中CO2的浓度持续不断地增大，造成的温室效应得到了世界各国的广泛重视。CO2甲烷化是有效利用二氧化碳资源的途径之一，是减少CO2的一种比较有效的实际方法，在环境保护方面显示出较大潜力。CO2甲烷化过程涉及的化学反应如下：①CO2甲烷化反应：CO2(g) +4H2(g)CH4(g) +2H2O(g) H=-165 kJ·mol-1②逆水煤气变换反应：CO2(g) + H2(g)CO(g) + H2O(g) H=+41.1 kJ·mol-1

1. 碳基能源的大量消耗使大气中CO₂的浓度持续不断地增大，造成的温室效应得到了世界各国的广泛重视。CO₂甲烷化是有效利用二氧化碳资源的途径之一，是减少CO₂的一种比较有效的实际方法，在环境保护方面显示出较大潜力。CO₂甲烷化过程涉及的化学反应如下：

①CO₂甲烷化反应：CO₂(g) +4H₂(g) $\text{[math]}$ CH₄(g) +2H₂O(g) $\text{[math]}$ H=-165 kJ·mol^-1

②逆水煤气变换反应：CO₂(g) + H₂(g) $\text{[math]}$ CO(g) + H₂O(g) $\text{[math]}$ H=+41.1 kJ·mol^-1

(1) 写出CO甲烷化反应的热化学方程式：。

(2) 图甲是温度和压强对CO₂平衡转化率影响的关系图。随温度的升高，CO₂的转化率先减小后增大的原因是，该实验条件下的压强有0.1MPa、3.0MPa、10.0MPa，图中a点压强为MPa。

(3) 图乙是反应条件对CO₂甲烷化反应中CH₄选择性影响的关系图。工业上一般选用的温度为400℃，则压强应选用MPa，原因是。

(4) 450℃时，若在体积为1 L的恒容密闭容器中加入1 mol CO₂和4 mol H₂混合原料气只发生反应：CO₂(g)+4H₂(g) $\text{[math]}$ CH₄(g)+2H₂O(g) ΔH=-165 kJ·mol^-1。平衡时CO₂的转化率为75%，则该温度下此反应的平衡常数K=。

(5) 废气中的CO₂可转化为甲醚(CH₃OCH₃) ，甲醚可用于制作甲醚燃料电池(如图丙)，质子交换膜左右两侧溶液均为6 mol·L^-1的H₂SO₄溶液。则电极d为(填“正”或“负”)极，电极c上发生的电极反应为。

【考点】

电极反应和电池反应方程式;

【答案】

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综合题普通

CCUS(Carbon Capture，Utilizaion and Storage)碳捕获、利用与封存技术能实现二氧化碳资源化，产生经济效益。

I .捕获的高浓度CO₂能与CH₄制备合成气(CO、H₂)

（1）科学家提出制备“合成气”反应历程分两步进行，能量变化如图所示：。

反应①：CH₄(g) $\text{[math]}$ C(s)+2H₂(g)

反应②：C(s)+CO₂(g) $\text{[math]}$ 2CO(g)

结合图象写出CH₄与CO₂制备“合成气”的热化学方程式：。决定该反应快慢的是分步反应中的反应(填序号)，判断理由是。(已知：b-a>e-d)

II.二氧化碳可与乙烷合成低碳烯烃

（2）T℃时在2 L密闭容器中通入2 mol C₂H₆和2 mol CO₂混合气体，发生反应C₂H₆(g)+CO₂(g) $\text{[math]}$ C₂H₄(g)+H₂O(g)+CO(g)，初始压强为mPa，反应进行到100 min时达到平衡，平衡时C₂H₄的体积分数为20%。则0到100min内C₂H₆的平均反应速率为Pa/min，该温度下的平衡常数K_p= (分压=总压×物质的量分数)。

III.二氧化碳可与氢气合成低碳烯烃

（3）2CO₂(g)+6H₂(g) $\text{[math]}$ CH₂=CH₂(g)+4H₂O(g) ∆H，在恒容密闭容器中加入CO₂的量恒定，反应温度、投料比[ $\text{[math]}$ =x ]对CO₂平衡转化率的影响如图所示。a 3(填“>”“<”或“=”)；M、N两点的反应速率v_正(M) v_逆 (N)(填“>“<”或“=”)； M、N两点的反应平衡常数K_MK_N(填“>”“<”或“=”)，

IV.电催化还原CO₂制乙烯

（4）用如图装置模拟科学家在碱性环境中电催化还原CO₂制乙烯(X、Y均为新型电极材料，可减少CO₂和碱发生副反应)，X极上的电极反应式为。

综合题普通

2. 丰富的元素化合物具有丰富的实际用途，完成下列问题。

(1) 11.7 g NaCl溶于水形成500mL溶液，其物质的量浓度为mol/L；标况下，6.72LNH₃的质量为g。

(2) 在工业上次磷酸(H₃PO₂)常用于化学镀银，发生的反应为：4Ag⁺+ H₃PO₂+ 2H₂O = 4Ag↓ + H₃PO₄+ 4H⁺ ，请回答下列问题：

①H₃PO₂中P元素的化合价为；反应中H₃PO₂被填“氧化”或“还原”。

②工业上也可以用电镀的方法镀银，阳极的电极反应式为。

③H₃PO₂是一元弱酸，其与足量NaOH溶液反应的离子方程式为。

(3) 雾霾严重影响人们的生活与健康，某地区的雾霾中可能含有苯、甲苯和如下可溶性无机离子： $\text{[math]}$ 。某研究小组收集了该地区的雾霾，经必要的预处理后得到试样溶液，设计并完成了如下实验。

回答下列问题：

①沉淀 A 的化学组成中一定有。

②该雾霾中肯定存在的离子是，肯定不存在的离子是。

综合题普通

3. 氮氧化物的排放对环境造成很大的污染，研究氮氧化物的转化机理对我们制定保护环境的策略有着重大意义。某科研团队在进行低温下消除氮氧化物的机理研究时，发现NO在转化过程中存在以下核心历程：

① $\text{[math]}$

② $\text{[math]}$

③ $\text{[math]}$

(1) 当反应温度为 $\text{[math]}$ 时，反应最终产物中 $\text{[math]}$ ，若使最终反应产物中 $\text{[math]}$ ，则温度T应该 $\text{[math]}$ 。(填“大于”或“小于”)

(2) 工业上对于电厂烟气中的氨氧化物进行脱硝处理时，通常采用以下反应原理： $\text{[math]}$ ； $\text{[math]}$ ，当温度为373℃，压强为 $\text{[math]}$ 情况下，在1L密闭的容器中，通入 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 达到平衡后测定 $\text{[math]}$ 转化率为60%，体系中 $\text{[math]}$ ，此时容器中气体总压= $\text{[math]}$ (保留3位有效数字)，此时 $\text{[math]}$ 转化率为。

(3) $\text{[math]}$ 条件下，不同温度，在密闭容器中发生反应 $\text{[math]}$ ，随着投料比不同，NO平衡转化率变化图像如图所示，图中 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ (填“>”，“<”或“=”)，NO转化率降低的原因可能是。

(4) 科学家想利用甲烷和氨氧化物设计一款电池，既能提高能源利用率，又能摆脱氮氧化物的污染，反应原理： $\text{[math]}$ ，酸性介质下，该电池正极的电极反应式为。

(5) 已知基元反应 $\text{[math]}$ 的速率方程可表示为： $\text{[math]}$ (k为速率常数，下同)。碰撞理论研究发现，大多数化学反应并不是经过简单的碰撞就能完成，往往需经过多个反应步骤才反应过程能实现。用 $\text{[math]}$ 氧化 $\text{[math]}$ 生成 $\text{[math]}$ 的反应 $\text{[math]}$ 实际上经过两步基元反应完成的：

$\text{[math]}$ (快)

$\text{[math]}$ (慢)

已知快反应近似平衡态。若在温度为T℃下， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 。写出T℃下 $\text{[math]}$ 反应的速率方程：v=(用含 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、a、b的代数式表示)

综合题困难