Question

【题目】近年科学家提出“绿色自由”构想。把空气中的CO2进行转化，并使之与H2反应生成可再生能源甲醇。

（1）工业生产中可利用H2还原CO2制备清洁能源甲醇。

①下列关于氢能的说法正确的是____。

A．氢能是清洁能源 B．氢能是二次能源

C．氢能是不可再生能源 D．气态氢能源更容易保存和运输

②已知CO（g）和H2（g）的燃烧热（△H）分别为-283.0kJmol-1、-285.8kJmol-1。CO与H2合成甲醇的能量变化如图甲所示：

则用CO2（g）和H2（g）制备液态甲醇的热化学方程式为____。

③将一定量的CO2和H2充入到某恒容密闭容器中，测得在不同催化剂作用下，相同时间内CO2的转化率与温度的变化如图乙所示：催化效果最好的是催化剂____（选填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）。

（2）利用CO和水蒸气可生产H2，反应的化学方程式：CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）。将不同量的CO（g）和H2O（g）分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中进行如下反应，得到三组数据如表所示：

温度/℃	起始量		达到平衡
	CO/mol	H2O/mol	H2/mol	CO转化率	时间/min
650	4	2	1.6		10
900	3	2			5

900℃时，达到平衡时的反应速率v（H2O）=____。（保留2位小数）。

（3）科学家还研究了其他转化温室气体的方法，利用如图所示装置可以将CO2转化为气体燃料CO。该装置工作时，N电极的电极反应式为____。

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.氢气的燃烧产物只有水，不会污染环境，是一种清洁能源，故A正确；

B. 氢气在自然界中不能直接获得，要通过电解水的方法获得，因此氢能属于二次能源，故B正确；

C. 氢气燃烧的产物是水，在通过电解水产生氢气，形成循环，因此氢能可再生，故C错误；

D. 由于氢气难压缩，且易燃烧，所以不易保存和运输，故D错误。

答案选AB。

② 根据CO（g）和H2（g）的燃烧热（△H），可列热化学方程式：

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

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

根据图象曲线变化可写出热化学方程式（Ⅲ）：CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=-（510-419）kJmol-1=-91kJmol-1。

根据盖斯定律，利用（Ⅱ）+（Ⅲ）-（Ⅰ），可得热化学方程式：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（l）+H2O（l）△H=-93.8kJmol-1，

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

③由图象可知催化剂I的作用下，CO2的转化率最高，即为催化效果最佳；故答案为：I

（2）900℃时，结合CO的转化率，根据三段式进行有关数据处理：
CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

起始/mol 3 2 0 0

转化/mol 1 1 1 1

平衡/mol 2 1 1 1

v（H2O）==0.10molL-1min-1

故答案为：0.10molL-1min-1

（3）根据装置图分析，M电极上H2O失去电子转化为O2和H+，N电极上CO2转化为CO，过程为得电子反应，H+通过质子交换膜参与反应生成H2O，则N电极上发生的电极反应为：CO2+2H++2e═CO+H2O，

故答案为：CO2++2e═CO+H2O。