考前特訓情境題專練(一)關注碳中和，推進碳達峰［分值：50分］(選擇題1~3題，每小題4分，4~7題，每小題6分，共36分)1.為了2030年實現碳達峰和2060年實現碳中和，“十四五”期間生態環境與資源綜合利用發展途徑對煤炭行業高質量發展具有重要意義。下列相關說法錯誤的是()A.開發煤炭廢棄資源的高值、高效利用技術能降低二次污染B.煤的綜合利用有利于保護自然環境和社會的可持續發展C.向煤中加入適量碳酸鈣可減少燃燒產物中二氧化碳的量D.利用太陽能等清潔能源代替煤炭，有利于節約資源、保護環境答案C解析煤中加入適量碳酸鈣，可達到鈣基固硫的作用，減少燃燒產物中二氧化硫的量，但不能減少二氧化碳的排放量，故C錯誤。2.我國提出爭取在2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和，這對于改善環境、實現綠色發展至關重要。CO2催化加氫制CO技術是兼顧新能源和實現碳達峰的重要途徑之一，該反應機理如圖所示。下列說法錯誤的是()A.反應：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH，達平衡后，若升溫，c(H2)降低，則ΔH>0B.催化劑(In2O3)表面易于形成豐富的氧空位，有效促進CO2的吸附活化C.步驟d、e中，CO2的吸附與轉化均存在化學鍵的斷裂與形成D.催化劑(In2O3)能提高催化加氫的速率，是因為降低了反應的活化能答案C解析對轉化反應，升溫c(H2)降低，說明平衡正向移動，ΔH>0，A正確；觀察反應機理圖可知，催化劑先吸附氫氣，氫原子與氧成鍵后脫水，得到較多的氧空位，促進了CO2的吸附活化，B正確；步驟d中，CO2只是進入氧空位被催化劑吸附，不存在化學鍵的斷裂與形成，C錯誤；In2O3作催化劑降低了反應的活化能，從而提高化學反應速率，D正確。3.中國努力爭取2060年前實現碳中和。利用NaOH溶液噴淋捕捉空氣中的CO2，反應過程如圖所示。下列說法錯誤的是()A.捕捉室中NaOH溶液噴成霧狀有利于吸收CO2B.環節a中物質分離的基本操作是過濾C.反應過程中CaO和NaOH是可循環的物質D.高溫反應爐中的物質是Ca(HCO3)2答案D解析環節a為向碳酸氫鈉溶液中加入氧化鈣，氧化鈣與碳酸氫鈉溶液反應生成碳酸鈣沉淀和氫氧化鈉，過濾得到碳酸鈣沉淀和氫氧化鈉溶液，B正確；高溫反應爐中碳酸鈣受熱分解生成氧化鈣和二氧化碳，將二氧化碳收集后儲存，環節a得到的氫氧化鈉溶液和反應爐中得到的氧化鈣可以循環利用，C正確、D錯誤。4.我國力爭于2030年前做到碳達峰，2060年前實現碳中和，一種脫除和利用水煤氣中CO2方法的示意圖如下。T℃時一定量的CO2被吸收塔中K2CO3溶液吸收后進入再生塔再生，最后利用電化學原理將CO2電催化還原為C2H4(該溫度下H2CO3的Ka1=4.6×10-7，Ka2=5.6×10-11)。下列有關說法錯誤的是()A.若T℃時吸收塔中c(CO32?)∶c(HCO3B.再生塔中產生CO2的離子方程式為2HCO3?CO2↑+CO32?C.將濃度相等的K2CO3溶液與KHCO3溶液等體積混合，所得溶液中離子濃度大小為c(K+)>c(CO32?)>c(HCO3?)>c(OH-)>D.CO2電催化還原為C2H4的陰極反應式為2CO2+12e-+12H+=C2H4+4H2O答案C解析水煤氣中的CO2被吸收塔中K2CO3溶液吸收后形成KHCO3溶液進入再生塔，再生塔中KHCO3分解產生CO2，再將CO2電催化還原為C2H4。設c(CO32?)=2.8mol·L-1，則c(HCO3?)=0.5mol·L-1，根據CO32?+H2OHCO3?+OH-可知，c(HCO3?)·c(OH?)c(CO32?)=KwKa2，則0.5×c(OH?)2.8=1.0×10?145.6×10?11，解得c(OH-)=1.0×10-3mol·L-1，溶液中c(H+)=1.0×10-11mol·L-1，pH=11，A正確；再生塔中，KHCO3受熱分解產生CO2，該反應的離子方程式為2HCO3?CO2↑+CO32?+H2O，B正確；將濃度相等的K2CO3溶液與KHCO3溶液等體積混合，Kh=KwKa2>Ka2，則CO32?的水解程度大于HCO3?的電離程度，故所得溶液中離子濃度大小為c(K+)>c(HCO5.(2024·貴州安順期末)杭州亞運會火炬名為“薪火”，主火炬以甲醇作為燃料，在亞運史上首次實現廢碳再生、循環內零碳排放，綠色甲醇生態示意圖如圖所示。下列有關綠色甲醇生態示意圖的說法錯誤的是()A.太陽能、風能屬于可再生能源B.工業上可用氨水捕獲煙氣中的CO2C.CO2轉換為甲醇的反應中CO2作還原劑D.甲醇的生態循環有利于實現碳中和答案C解析CO2可與氨水中的一水合氨反應，故可用氨水捕獲煙氣中的CO2，故B正確；CO2轉換為甲醇，C元素的化合價降低，反應中CO2作氧化劑，故C錯誤；甲醇的生態循環不會排放CO2，有利于實現碳中和，故D正確。6.(2024·河北滄州模擬)我國科研工作者通過研發新型催化劑，利用太陽能電池將工業排放的CO2轉化為HCOOH，實現碳中和目標，原理如圖所示。下列說法正確的是()A.該過程中存在的能量轉化形式只有太陽能→化學能B.離子交換膜為陰離子交換膜C.P極的電極反應式為CO2+2e-+2H+=HCOOHD.N極催化轉化22.4LH2時，P極生成HCOOH的質量為46g答案C解析能量轉化形式：太陽能→電能→化學能，A錯誤；P極電極反應消耗H+，故P極區需要補充H+，該離子交換膜為陽離子交換膜，B錯誤；P極上CO2→HCOOH，C元素的化合價降低，得電子，發生還原反應，則P極為陰極，電極反應式為CO2+2e-+2H+=HCOOH，C正確；沒有說明是否為標準狀態，不能確定H2的物質的量，D錯誤。7.(2024·江西模擬)CO2回收和利用有助于碳中和。科學家開發催化劑實現CO2固定，如圖所示(R為氫或烴基)。下列敘述正確的是()A.若R為氫，則乙的分子式為C3H6O3B.若R為甲基，則甲、乙、丙分子中都含有1個手性碳原子C.丙是一種能自然降解的綠色有機高分子材料D.甲和CO2在催化劑作用下發生取代反應生成乙答案C解析若R為氫，則乙()的分子式為C3H4O3，A項錯誤；丙分子中有n個手性碳原子，B項錯誤；丙的鏈節含酯基，在自然界中可水解生成小分子，C項正確；甲和CO2發生加成反應生成乙，D項錯誤。8.(14分)2023年杭州亞運會的主火炬使用的燃料為“零碳甲醇”，更好地展現了綠色化學低碳環保的理念。“零碳甲醇”的制備過程中，主要發生以下反應。ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1；ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.2kJ·mol-1；ⅲ.CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)ΔH3=-206.2kJ·mol-1回答下列問題：(1)反應ⅰ可能的反應歷程如圖1所示。注：方框內包含微粒種類及數目，微粒的相對總能量［如最后一個方框表示1個CH3OH(g)分子和1個H2O(g)分子的相對總能量為-0.51eV，單位：eV］，TS表示過渡態、*表示吸附在催化劑上的微粒，1eV=1.6×10-22kJ。①ΔH1=kJ·mol-1(計算結果保留1位小數)。

②該反應歷程中，生成甲醇的決速步驟的反應方程式為。

(2)在恒溫恒壓條件下，通入CO2(g)與H2(g)混合氣體，發生反應ⅰ、ⅱ、ⅲ。下列可以說明反應達到平衡狀態的是(填字母)。

A.反應混合物中各組分的物質的量濃度不再改變B.反應后混合氣體的壓強不再改變C.混合氣體的密度不再改變D.混合氣體的平均相對分子質量不變(3)一定溫度下，將CO2(g)和H2(g)按n(CO2)∶n(H2)=1∶3充入恒容密閉容器中，發生反應ⅰ、ⅱ、ⅲ，容器內總壓強與反應時間的變化關系如圖2所示。實驗測得平衡時n(CH3①0~10min內，CO2的平均分壓變化率為kPa·min-1。

②反應ⅲ的壓強平衡常數Kp=kPa-2(以平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數，結果保留2位有效數字)。

(4)一定條件下，向恒溫恒容密閉容器中充入CO2(g)和H2(g)只發生反應ⅰ，在兩種不同催化劑下建立平衡的過程中H2的轉化率隨反應時間的變化曲線如圖3所示。①兩種催化劑催化效果較好的是。

②催化劑Ⅰ條件下，t2min時改變的反應條件可能是(填字母)。

A.降低溫度B.容器容積不變，通入一定量He(g)C.容器容積不變，通入一定量CH3OH(g)D.縮小容器容積答案(1)①-49.1②HCOOH*+2H2(g)=H2COOH*+32H2(g)［或HCOOH*+12H2(g)=H2COOH*］(2)ACD(3)①1.25②2.3×10-4(4)①催化劑Ⅰ解析(1)①根據ΔH=生成物的總能量-反應物的總能量可得，ΔH1=(-0.51-0)eV×6.02×1023mol-1=-0.51×1.6×10-22kJ×6.02×1023mol-1≈-49.1kJ·mol-1。②反應的活化能=過渡態的能量-反應物的總能量，則可比較經歷過渡態TS1、TS2、TS3、TS4、TS5、TS6的反應的活化能可得，經歷TS3過渡態時，反應的活化能最大、反應速率最慢，反應方程式為HCOOH*+2H2(g)=H2COOH*+32H2(g)或HCOOH*+12H2(g)=H2COOH*。(2)恒溫恒壓條件下，反應混合物中各組分的物質的量濃度不再改變，可說明反應達到平衡狀態，A符合題意，B不符合題意；由于反應ⅰ和反應ⅲ均為反應前后氣體分子數發生變化的反應，在恒溫恒壓條件下發生反應ⅰ、ⅱ、ⅲ，反應前后混合氣體的體積發生變化，混合氣體的質量不變，則反應前后混合氣體的密度、平均相對分子質量發生變化，當混合氣體的密度、平均相對分子質量不變時，可說明反應達到平衡狀態，C、(3)【第一步：根據信息假設反應物的量】設起始時n(CO2)=1mol，n(H2)=3mol。【第二步：根據圖像計算物質轉化的量】設平衡時總物質的量為xmol，由題圖2可知，起始時總壓強為100kPa，平衡時總壓強為80kPa。恒溫恒容條件下，100kPa80kPa=4molxmol，x=3.2，氣體總物質的量減少0.8mol。由于反應ⅰ和反應ⅲ均為反應前后氣體分子數減小的反應，反應ⅱ為反應前后氣體分子數不變的反應，設平衡時n(CH3OH)=amol，n(CH4)=bCO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)Δn12amol2amolCO(g)+3H2(g)=CH4(g)+H2O(g)Δn12bmol2bmolab=3，2a+2b=0.8，解得a=0.3，b=0.1【第三步：列三段式計算】假設反應ⅰ達到平衡后發生反應ⅱ，反應ⅱ達到平衡后發生反應ⅲ，設反應ⅱ生成的CO的物質的量為ymol。反應ⅰCO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)起始量/mol1300轉化量/mol0.30.90.30.3平衡量/mol0.72.10.30.3反應ⅱCO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)起始量/mol0.72.100.3轉化量/molyyyy平衡量/mol0.7-y2.1-yy0.3+y反應ⅲCO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)起始量/moly2.1-y00.3+y轉化量/mol0.10.30.10.1平衡量/moly-0.11.8-y0.10.4+y根據p(H2O)p總=n(H2O)n【第四步：根據具體問題計算】①反應過程中消耗的CO2的物質的量為0.5mol，CO2的壓強變化量為0.5mol4mol×100kPa=12.5kPa，則0~10min內，CO2的平均分壓變化率為12.5kPa10min=1.25kPa·min-1。②平衡時n(H2O)=0.6mol，