1、以電化學為主線串聯反應原理例：CO2的轉化和重整受到越來越多的關注，它是有效應對全球氣候變化、促進低碳社會構建的重要方法。(1)熱化學轉化法。CO2催化加氫合成 CH4，其過程中主要發生下列反應：反應I:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H20(g); H=- 890.3 kJm1ol反應n: CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g); H=+2.8 kJ 祁 01反應川：2CO(g)+O2(g)=2CO2(g); H=- 566.0 kJ m1ol則反應 CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)的 H=_ kJ mO。(2)CO2催化還原法。圖 1 表示的

2、是利用 CO2的 直接電子傳遞機理”。在催化劑銅的表面進行轉化。當有1mol CO2反應時，直接傳遞的電子物質的量為(3)CO2電化學催化重整法。1圖 2 表示以 KOH 溶液作電解質溶液進行電解的示意圖,應的方程式為_ ，電解一段時間后，陽極區溶液 pH 減小，其原因是_2_ CO2與CH4在催化劑作用下合成乙酸，反應的化學方程式為 _。(4)CO2與丙烯通過金屬雜多酸鹽 COXH(3-2X)PW12O40催化合成甲基丙烯酸。1研究發現金屬雜多酸鹽中X對 CO2轉化率的影響如圖 3 所示，由圖 3 得出催化效果最好的金屬雜多酸鹽化學式是_2催化劑在溫度不同時對 CO2轉化率的影響如圖 4 所

3、示，300C催化效果遠不如 200C和 250C的原因為.-1 -CO2在 Cu 電極上可以轉化為 CH4，該電極反亠站|250(*-SlXKC1I.I4J2$SS。【答案】(1)- 252.9(2) 6催化劑(3) CO2+8e+6H2O=CH4+8OHOH-在陽極被氧化生成 O2CH4+CO2- CH3COOH(4 ) CO0.5H2PW12O40或CoH4P2W24O80溫度過高，可能會導致催化劑失活【解析】(1)根據蓋斯定律可知：-I-4fl+2X即可得到 CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g) , H=-(- 890.3 kJ mO1)-4x(2.8 kJ )ft!

4、Olx566.0 kJ m)=-252.9kJ mgl(2)由圖 1 可知 CO2在催化劑銅的表面進行轉化最終生成的產物是 C2H4,根據發生的氧化還原反應可的關系：2CO2C2H412e-,因此當有 1mol CO2反應時，直接傳遞的電子物質的量為6mol; (3)由圖 2 可知，Cu 與電源的負極相連為陰極，陰極發生了還原反應，電極反應為：CO2+8e一+6H2O=CH4+8OH; OH一在陽極被氧化生成 O2，因此陽極區溶液的pH 減?。淮呋瘎〤O2與 CH4在催化劑作用下發生化合反應生成乙酸，反應方程式為：CH4+CO2 CH3COOH ; (4)由圖3 可知，當 x=0.5 時，CO

5、2的轉化率最大，催化效果最好，因此金屬雜多酸鹽化學式為C00.5H2PW12O40或COH4P2W24O80；當處于過高的溫度時， 催化劑會失去催化活性， 因此 300C催化效果遠不如 200C和 250C。1 .二氧化碳的捕集與利用是實現溫室氣體減排的重要途徑之一。(1 )目前工業上用的捕碳劑NH3和(NH4)2CO3,它們與 CO2發生如下可逆反應:2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)(NH4)2CO3(aq)AH1NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)NH4HCO3(aq)AH2(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g)2NH4HCO3(aq)AH3則AH3=_(用含

6、AH1、AH2的代數式表示)(2) 利用 CO2制備乙烯是我國能源領域的一個重要戰略方向，具體如下: 方法一：CO2催化加氫合成乙烯，其反應為：2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)AH=a kJnrJol物質的量如圖甲所示:起始時按 n(CO2) : n(H2)=1 : 3 的投料比充入20L 的恒容密閉容器中，不同溫度下平衡時的H2和 H2O 的1下列說法正確的是A .該反應正反應的活化能小于逆反應的活化能醫乙2射4衛515幻2 65 6射？弟溫度瓷醫甲醫甲B .其它條件不變時，若壓縮容器容積，則活化分子百分數增大，v正和 v逆均增大C .測得容器內混合氣體平均分子量不

7、隨時間改變時，說明反應已達到平衡D .使用合適的催化劑，催化劑改變反應歷程，減小反應焓變，加快反應速率2393K 下，H2的平衡轉化率為 _ (保留三位有效數字)；3393K 下，該反應達到平衡后，再向容器中按n(C02)： n(H2)=1 : 3 投入 C02和 H2則 n(H2)/n(C2H4)將_ (填 變大”或 不變”或 變小”或 無法確定”)；方法二：用惰性電極電解強酸性的二氧化碳水溶液可得到乙烯，其原理如圖乙所示。4b 電極上的電極反應式為 _;5該裝置中使用的是 _ (填 陽”或 陰”)離子交換膜。2 .霧疆”成為人們越來越關心的環境問題。霧霾中含有二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒

8、物等污染性物 質。回答下列問題：(1 )汽車尾氣是霧霾形成的原因之一。尾氣治理可用汽油中揮發出來的烴類物質 中的NO 氣體，該過程的化學方程式為(2 )冬季燃煤供暖產生的廢氣也是霧霾的主要來源之一。經研究發現將煤炭在組合電解裝置如圖所示，電極材料為石墨。陽極的電極反應式為CxHy催化還原尾氣O2/CO2的氣氛下燃燒,能夠降低煤炭燃燒時 NO 的排放，主要反應為2N2NO 2CCON N22C2CO2。已知：NNg g O2Og g?#2NNcg gU180.5kJ/mol2COOgg?CCssOO2ggAH2221.0kJ/molCCS s OO2g g?CCO2ggAH3393.5kJ/mo

9、l則反應2NOJO g2COCO?N2電g2C0C(&g的AH(3)某研究小組用 NaOH 溶液吸收尾氣中的二氧化硫,將得到的Na2SO3溶液進行電解，其中陰、陽膜AE分別代表生產中的原料或產品，其中C 為硫酸溶液，則 A 表示(4 ) S02經過凈化后與空氣混合進行催化氧化可制取硫酸，其中SO2發生催化氧化的反應為2SO02gg002gg?2S003gg。若在TC、o.iMPa條件下，往一恒容密閉容器中通入SO2和。2的混合氣體n SO2:n。22: 1，測得容器內總壓強與反應時間的關系如圖所示。圖中 A 點時，SO2的轉化率為_在其他條件不變的情況下，測得T2C時壓強的變化曲線如圖

10、2 所示，則 C 點的正反應速率Vc(正)與A 點的逆反應速率VA(逆)的大小關系為Vc(正)_ (填“” “”或“”)VA(逆)。3_ 圖中 B 點的壓強平衡常數Kp(MPa)1(用平衡分壓代表平衡濃度計算，分壓_ 總壓 物質的量分數)。3.綠水青山就是金山銀山”，因此研究 NOx、SO2等大氣污染物的妥善處理具有重要意義。(1) SO2的排放主要來自于煤的燃燒，工業上常用氨水吸收法處理尾氣中的SO2。已知吸收過程中相關反應的熱化學方程式如下：1SO2(g)+NH3HO(aq)=NH4HSO3(aq)AH1=a kJ卅2NH3HO(aq)+NH4HSO3(aq)=(NH4)2SO3(aq)+

11、H2O(l)AH2=b kJnrJoj32(NH4)2SO3(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4(aq)AH3=c kJkJ -1mol則反應 2SO2(g)+4NH3HO(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l)的AH=_kJ 卅。卅。1(2) 燃煤發電廠常利用反應：2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)=2CaSO4(s)+2CO2(g)AH=-681.8 kJ mOl 對煤進行脫硫處理來減少 SO2的排放。對于該反應，在 TC時，借助傳感器測得反應在不同時間點上各物質的濃度如 下：01020304050O21.000.790.600.600.640.

12、64CO200.420.800.800.880.881010min 內，平均反應速率v(O2)=_ mol min1;當升高溫度，該反應的平衡常數K_ (填增大”減小”或 不變”。230min 后，只改變某一條件，反應重新達到平衡。根據上表中的數據判斷，改變的條件可能是 _(填字母)。C 適當縮小容器的體積D 加入合適的催化劑(3)N0 x的排放主要來自于汽車尾氣，有人利用反應C(s)+2N0(g)= N2(g)+CO2(g) H=- 34.0kJ 用 01用活性炭對 NO 進行吸附。已知在密閉容器中加入足量的C 和一定量的 N0 氣體，保持恒壓，測得 N0 的轉化率隨溫度的變化如圖所示：4

13、煙氣中的氮氧化物是造成大氣污染的重要因素。(1)NOx是汽車尾氣的主要污染物之一。汽車發動機工作時會引發下:936 kJ * -2N(g)kJ * mol-1Q3-* 2( Kg)則 N2(g)和 02(g)反應生成 NO(g)的熱化學反應方程式為A 加入一定量的粉狀碳酸鈣B .通入一定量的 02;在 1100K 時，C02的體積分數為(4)用某物質的平衡分壓代替其物質的量濃度也可以表示化學平衡常數(記作 KP)。在 1050K、1.1X怕 a 時,該反應的化學平衡常數 Kp已知：氣體分壓(P分)=氣體總壓(P總)體積分數。工業上常用高濃度的 K2CO3溶液吸收 C02，得溶液 X，再利用電解

14、法使 K2CO3溶液再生，其裝置示意圖如N2和 02反應，其能量變化示意圖如2X(- 63(0 kr mol-1O其原因為和 H+HCO3=CO2f+H0簡述 C03-在陰極區再生的原理:(2)汽車使用乙醇汽油并不能減少 NOx的排放，這使 NOx的有效消除成為環保領域的重要課題。某研究小組在實驗室以 Ag ZSM5為催化劑，測得 NO 轉化為 N2的轉化率隨溫度變化情況如圖1 所示。1若不使用 CO,溫度超過 775K，發現 NO 的分解率降低，其可能的原因為 _。2NO 直接催化分解(生成 N2與 O2)也是一種脫硝途徑。在不同條件下，NO 的分解產物不同。在高壓下，NO 在 40C下分解

15、生成兩種化合物，體系中各組分物質的量隨時間變化曲線如圖2 所示。請寫出 NO 分解的化學方程式：_ 。(3)一定條件下，向 NOx/O3混合物中加入一定濃度的 SO2氣體，進行同時脫硫脫硝實驗， 實驗結果如圖3。同時脫硫脫硝時 NO 的氧化率略低的原因是由圖 3 可知 SO2對 NO 的氧化率影響很小的原因是 _(4)有人設想采用下列方法減少煙氣中的氮氧化物對環境的污染：用天然氣中的CH4、H2等還原 SO2，從產物中分離出一種含硫質量分數約為94%的化合物，并用這種化合物來還原NOx。請寫出這種含硫化合物和 NOx反應的化學方程式： _。(5)某工業廢水中含有毒性較大的CN-，可用電解法將其

16、轉變為N2， 裝置如圖4 所示。電解池中生成 N2的電極反應式為_。5 鋁的利用成為人們研究的熱點，是新型電池研發中重要的材料。(1) 通過以下反應制備金屬鋁。反應 1：Al2O3(s)+AICI3(g)+3C(s)=3AICI(g)+3CO(g); AHi=akJmolVV.JXV電*Y. Z /、nJ fiij/min反應圜也K。無CO時NOW接分解為N；的產色 5余的竹分串oP(NO)rr(cori條忙卜；NOjflfr團10：用比冷匚人廢朋陰離于交撤腔反應 2：Al2O3(s)+3C(s)=2Al(l)+3CO(g); AH=bkJmol1反應 3： 3AlCl(g)=2Al(l)+A

17、lCl3(g);AH3反應 3 的A H3=kJ mO。950C時，鋁土礦與足量的焦炭和CI2反應可制得 AICI3。該反應的化學方程式是(2)在高溫條件下進行反應： 2AI(I)+AICI3(g) = 3AICI(g)。向圖 1 所示的等容積 A、B 密閉容器中加入足量的 AI 粉，再分別充入 1moI AICI3(g)，在相同的高溫下進行反應。圖 2 表示 A 容器內的 AICI3(g)體積分數隨時間的變化圖，在圖 2 中畫出 B 容器內 AICI3(g)體積分數隨時間的變化曲線：_。21100C時，向 2 L 密閉容器中通入 3moI AICI(g)，發生反應：3AICI(g) 2AI(

18、I)+AICI3(g)。已知該溫度下 AICI(g)的平衡轉化率為 80%，則該反應的平衡常數K=_。3加入 3moI AICI(g)，在不同壓強下發生反應，溫度對產率的影響如圖3 所示。此反應選擇溫度為900C的原因是_(3)用鋁制作的快速放電鋁離子二次電池的原理如圖4 所示。該電池充電時，陰極的電極反應式為 _AICI3和 NaCI 的熔融鹽常用于鍍鋁電解池，電鍍時AICI4和 AI2CI7兩種離子在電極上相互轉化，其他離子不參與電極反應。 NaCI 的作用是_1.【答案】(1)2AH2-AHi(2) AC67.4% 變小2CO2+12e-+12H+=C2H4+4H2O陽【解析】(1)2N

19、H3(l)+H2O(l)+CO2(g)= (NH4)2CO3(aq)AH1NH3(I)+H2O(I)+CO2(g)NH4HCO3(aq)AH2根據蓋斯定律 X可得：(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g) 2NH4HCO3(aq)AH3=2AH2-AH1； (2)A .由圖像可得隨溫度升高，氫氣的濃度增大，水蒸氣的濃度減小，反應向逆向移動，正反應是放熱反應，正反應的活化能小于逆反應的活化能，故A 正確；B 其它條件不變時，若壓縮容器容積，單位體積內的活化分子數目增AKb仃機PH占吐離了 農 團4大，百分數不變，則 v正、v逆均增大，故 B 錯誤；C 反應前后氣體物質的量減小，氣體

20、質量不變，測得容器內混合氣體平均分子量不隨時間改變時，說明反應已達到平衡，故C 正確；D.反應使用合適的催化劑，催化劑改變反應歷程加快反應速率，不改變化學平衡，不改變反應焓變，故D 錯誤；故答案為 AC;圖象分析可知，393K 時平衡狀態下水的物質的量為58mol，結合化學平衡三行計算列式，設起始量二氧化碳和氫氣分別為 a mol, 3a mol,2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H20(g)初起:a3a00變化:293a-4214.558平衡： a-294214.558n(H2)=1 : 3 投入 C02和 H2,相當于增大壓強，平衡正向移動，所以則 n(H2)/n(C2H4)將

21、變??；電解時，二氧 化碳在 b極上得電子發生還原反應生成乙烯， 電極反應式為 2CO2+12H+12e-=C2H4+4H2O；離子交換只允許 氫離子通過，所以是陽離子交換膜。2.【答案】(1)4CxHy8x 2y NO 4xCO24x y N22yH2O1(2)746.5kJ mol22(3)陽離子NaOH 溶液 氫氣SO22e H2O 2H SO21(4)45%24300(MPa)【解析】(1) CxHy催化還原尾氣中的 NO 氣體生成氮氣、二氧化碳和水，結合原子守恒配平書寫化學方程 式為：4CxHy8x 2y NO 4xCO24x y N22yH2O, 故答 案為：4CxHy8x 2y N

22、O 4xCO24x y N22yH2O；( 2 )由蓋斯定律可知x2+-得到1 12N2NO g2COCO?N2Nftg2C2CO2g, 貝 UAH221kJ mol 2393.5kJ mol1 1 1kJ mol 180.5kJ mol 746.5kJ mol，故答案為：746.5kJ mol1； (3)從 C 為硫酸可知，硫酸根來源于亞硫酸根放電，故 b 為陰離子交換膜，a 為陽離子交換膜，在陰極區應為水放電生成氫氣和氫氧根離子，故 A 為氫氧化鈉，E 為氫氣，故答案為：陽離子；NaOH 溶液；氫氣；陽極應為亞硫酸根放電生成硫酸根，反應的離子方程式為SO；2e H2O 2HSO2，故答案為

23、：SO；2e出0 2H SO； (4) 設氧氣消耗物質的量為 x,依據題意建立如下三段式:所以 a=43,轉化率=消耗量X100%=|9x100%=67.4%393K 下，該反應達到平衡后,再向容器中按 n(CO2):180.5k2SOO2ggcO2gg?2SOOgg0 45a 2F100%45%，故答案為：45%；圖像分析可知，先拐先平溫度高，則，C 點是平衡 狀態，A 點反應未達到平衡狀態， 其中 C 點的正反應速率V正）與 A 點的逆反應速率VA（逆）的大小關系為VC（正）VA（逆），故答案為：；設圖中 B 點氧氣消耗物質的量為 y,依據題意建立如下三段式:2SOO2ggOH供SOOgg

24、起始量mol2aa0變化量mol2yy2y平衡量 mol2a-2ya-y2yB 點氣體的壓強為0.07,則2a2yay2yo.7,y 0.9a，平衡常數2a a0.13.【答案】（1）2a+2b+c（2）0.021 減小 BC（3） 1050K 前反應未達到平衡狀態，隨著溫度升高，反應速率加快，NO 轉化率增大 20%（4）4（5） 4OH-4e-=2H2O+O2f陰極水電解生成 H2和 OH-, OH-與 HCO3反應生成 CO3-【解析】（1）根據目標反應，將第一個方程式2 倍加第二個方程式2 倍再加第三個方程式得到：反應2SO2（g）+4NH3HO（aq）+O2（g）=2（NH4）2SO

25、4（aq）+2H2O（l）的 H=（2a+2b+c）kJ -mp（2）010min 內，O2平均反應速率 22）=疔（1.00驚霽L0.021mOlL1min1；當升高溫度，平衡向吸熱反應移動即逆向移動，因此該反應的平衡常數K 減??；故答案為：0.021 ;減小。A .加入一定量的粉狀碳酸鈣，平衡不移動，濃度不變，故 A 不符合題意；B .通入一定量的 02，平衡正向移動，二氧化碳濃度增加，氧氣濃度也比原 來增加，故 B2SO g +O2g ? 2SO3起始量 mol2aa0變化量 mol2xx2x平衡量mol2a-2xa-x2x圖中 A點時，氣體的壓強為0.085,山2a：則2x a x 2

26、x2a a0.085，x 0.45a，SO2的轉化率0.1(0.071.8a)0.2a 0.1a倔(0.070.2a0.2a)0.1a 1.8a)0.070.1a0.2a 0.1a 1.8a124300(MPa)，故答案為：24300(MPa)符合題意；C.適當縮小容器的體積，兩者濃度都在原來基礎上增加，平衡向體積減小方向即正 向移動，故 C 符合題意；D .加入合適的催化劑，平衡不移動，濃度不變，故D 不符合題意；綜上所述，答案為 BC。（3）由圖可知，1050K 前反應不斷的正向建立平衡，因此NO 的轉化率隨溫度升高而增大，其原因為1050K 前反應未達到平衡狀態，隨著溫度升高，反應速率加

27、快，1100K 時，轉化率為 40%,NO 轉化率增大；設開始時 NO 有 2mol，在C(s)+ 2NO(g)-CO2(g)+N2(g)開始：2 mo】00O.Sinol0.4mol0 4 mol平衡 r1 iiiiol0.4111010.4 molCO2 的體積分數滬0.4mol100%20%;故答案為：1050K 前反應未達到平衡狀1.2mol 0.4mol0.4mol態，隨著溫度升高，反應速率加快，NO 轉化率增大；20%。設開始時 NO 有 2mol，在 1050K 時，轉化率為80% 則：4e-=2H2O+O2f。陰極水電解生成氫氣，剩余氫氧根離子，剩余的再生 CO3-;故答案為：

28、陰極水電解生成氫氣和氫氧根離子,4.【答案】(1) N2(g)+O2(g)=2NO(g) ； H=+184 kJ mol(2)NO 的分解反應是放熱反應，升溫有利于反應逆向進行3NO |N2O+NO2(3)SO2的氧化消耗了少量 O3，減小了 O3的濃度 O3氧化SO2反應的活化能較大，O3與 NO 反應速率比 O3與 SO2反應速率快(4)2xH2S+2NOx=N2+2xH2O+2xS(5)2CN-+12OH-10e=2CO2-+N2t+6HO【解析】(1)該反應中的反應熱=反應物的鍵能之和-生成物的鍵能之和=(946+498)kJ/mol-2X630kJ/mol=+184kJ/mol,所以

29、 N2和 02反應生成 NO 的熱化學反應方程式為 N2(g)+O2(g)=2NO(g) H=+184 kJ m3l;故答案為 N2(g)+O2(g)=2NO(g) H=+184 kJ r-Aol 若不使用 CO,溫度超過 775K，發現 NO 的分解率降低，說明平衡向逆反應方向移動， 則該反應正反應為放熱反應， 故答案為該反應是放熱反應， 升高 溫度反應更有利于向逆反應方向進行； NO 在 40C下分解生成兩種化合物，根據元素守恒可知生成的為 N 的氧化物，氮元素的氧化物有 NO、N2O、開始；U0轉化：l.timol0 SmolO.81110I平衡：0.4molO.Sinol、0.8 .1

30、06Pa(1.1 106Pa罟)20.8=4;故答案為：4。在陽極區是氫氧根失去電子，發生的反應包括4OH- 4e-=2H2O+O2f 和H+HCO3=CO2f+HO ;故答案為：4OH-OH-與 HCO3反應生成 CO2-，因此陰極區OH-與 HCO3反應生成 CO3-。C(s) +2NO(g)二該反應的化學平衡常數KpCO2(g)+N2(g)NO2、N2O3、N2O4、N2O5，由圖像可知 3mol NO 生成兩種氮的氧化rij I：物各為 1mol，其反應方程式為：3NO=Y+Z，根據原子守恒可知為 N2O、NO2,所以方程式為 3NO；N2O+NO2,改變的濃度(mol/L )1.20

31、.4故答案為 3N0 半右 N2O+NO2;S02與 03反應，減小了 03的濃度，從而使 N0 的氧化率略低，故答案為S02的氧化消耗了少量 03,減小了 03的濃度；S02對 N0 的氧化率影響很小，說明臭氧與N0 更易反應，說明 03氧化 S02反應的活化能較大， 03與 N0 反應速率比 03與 S02反應速率快，故答案為 S02的氧化消耗 了少量 03,減小了 03的濃度；03氧化 S02反應的活化能較大， 03與 N0 反應速率比 03與 S02反應速率快；(4)用天然氣中的 CH4、H2等還原 S02，S 元素化合價降低，從產物中分離出一種含硫質量分數約為94%的化合物，根據質量守恒，該化合物只能含有H 和 S 元素，為 H2S，H2S 還原 N0 x生成氮氣和硫，反應的方程式為 2xH2S+2N0 x=N2+2xH20+2xS，故答案為 2xH2S+2N0 x=N2+2xH20+2xS ；根據圖像，左邊電極上 CN-轉變為 N2，失去電子，發生氧化反應，CN-失電子生成氮氣，因為溶液顯堿性，因此電極反應式為：2CN-+120H-10e-=2C02-+N2T+6120，故答案為 2CN-+120H- 10e-=2C0a-+N2T+6H0。Al2O3+3C+3CI2 2AICI3+3C0效益降低(3) 4