题目
为了实现“碳达峰”和“碳中和”的目标，将CO2转化成可利用的化学能源的“负碳”技术是世界各国关注的焦点。（1）下列能量转化形式在二氧化碳捕集与利用循环图中不涉及的是 ____ 。燃料电池车 袭-|||-CH3OH-|||-o CO2 龟-|||-风-|||-合成 Delta Hgt 0-|||-H H2O-|||-(O)_(2)+(H)_(2) H2 H O-|||-电解池-|||-图1A．电能→化学能B．化学能→电能C．热能→电能D．光能（风能）→电能（2）二氧化碳甲烷化技术是CO2资源化利用的有效手段之一，其反应原理为CO2（g）+4H2（g）⇌CH4（g）+2H2O（g）ΔH1。已知298K时，有关物质的相对能量如表所示： 物质 H2（g） CH4（g） H2O（g） CO2（g） 相对能量/（kJ•mol-1） 0 -75 -242 -393 下列说法正确的是 ____ 。A．该反应的ΔS＞0B．相对能量：H2O（g）＜H2O（l）C．该反应的ΔH=-166kJ•mol-1D．CO2（g）+4H2（g）═CH4（g）+2H2O（l）ΔH2，则ΔH2＞ΔH1（3）利用甲烷和二氧化碳共转化催化亦可获得更多产品，反应历程如图2所示：燃料电池车 袭-|||-CH3OH-|||-o CO2 龟-|||-风-|||-合成 Delta Hgt 0-|||-H H2O-|||-(O)_(2)+(H)_(2) H2 H O-|||-电解池-|||-图1已知部分化学键的键能数据如下： 共价键 C—H C=O O—H C—O C—C 键能（kJ•mol-1） 413 497 462 351 348 已知产物为气态根据上述信息，写出该催化反应的热化学方程式： ____ ，该反应的自发条件是 ____ （填“低温”“高温”或“任意温度”）（4）CO2催化加氢法可制备乙烯，反应原理为2CO2（g）+6H2（g）⇌C2H4（g）+4H2O（g）ΔH=-127.8kJ•mol-1。向2L恒容密闭容器中加入1mol CO2和3mol H2，在催化剂作用下发生反应，测得不同温度下，平衡时各组分物质的量的曲线如图甲所示：燃料电池车 袭-|||-CH3OH-|||-o CO2 龟-|||-风-|||-合成 Delta Hgt 0-|||-H H2O-|||-(O)_(2)+(H)_(2) H2 H O-|||-电解池-|||-图1①图中曲线b、d分别代表的是 ____ 、 ____ 的物质的量随温度的变化关系。②T1℃时，H2的平衡转化率为 ____ （结果保留三位有效数字）。 我国科学家已成功利用二氧化碳完成了淀粉的人工全合成工作，合成淀粉的重要反应包括二氧化碳制备甲醇的反应：i．CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1（主反应）ii．CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔH2（副反应）（5）若在恒温恒容条件下进行反应i，下列不能说明该反应已到达化学平衡状态的是 ____ 。A．CH3OH的浓度不再改变B．混合气体的平均相对分子质量不变C．容器内混合气体的密度不再改变D．H2O的物质的量分数不变（6）对于反应i，改变某一条件，对化学反应速率的影响及解释正确的是 ____ 。（不定项）A．升高温度，使单位体积内活化分子百分数增加，反应速率加快B．增加反应物的浓度，使单位体积内活化分子百分数增加，反应速率加快C．使用催化剂能降低反应活化能，使单位体积内活化分子百分数增加，反应速率加快D．反应达到平衡后，增大压强，v正仍等于v逆（7）该主反应在有催化剂和无催化剂作用下的反应机理如图所示（其中标有*的为吸附在催化剂表面上的物种，TS为过渡态）；使用催化剂的曲线是 ____ （选填“甲”、“乙”），催化剂可使反应历程中决速步骤的活化能降低 ____ eV（eV为能量单位）。燃料电池车 袭-|||-CH3OH-|||-o CO2 龟-|||-风-|||-合成 Delta Hgt 0-|||-H H2O-|||-(O)_(2)+(H)_(2) H2 H O-|||-电解池-|||-图1（8）一定温度下，分别按CO2、H2起始物质的量之比为1：1，1：2，1：3发生反应CO2（g）+H2（g）⇌HCOOH（g），保持总压强为140kPa，测得CO2的平衡转化率与温度之间的关系如图乙所示。曲线Ⅰ代表的投料比为 ____ 。X点条件下，用平衡分压代替平衡浓度计算的平衡常数Kp= ____ kPa-1（已知：分压=总压×物质的量分数）。燃料电池车 袭-|||-CH3OH-|||-o CO2 龟-|||-风-|||-合成 Delta Hgt 0-|||-H H2O-|||-(O)_(2)+(H)_(2) H2 H O-|||-电解池-|||-图1（9）我国科学家以Si/Bi材料作光电极，以CO2饱和溶液的0.5mol•L-1的KHCO3溶液作电解液pH=7.4，将CO2转化为HCOO-，原理如图丙所示。根据图示，生成HCOO-的电极名称是 ____ 极，电极方程式为 ____ 。
为了实现“碳达峰”和“碳中和”的目标，将CO2转化成可利用的化学能源的“负碳”技术是世界各国关注的焦点。
（1）下列能量转化形式在二氧化碳捕集与利用循环图中不涉及的是 ____ 。
A．电能→化学能
B．化学能→电能
C．热能→电能
D．光能（风能）→电能
（2）二氧化碳甲烷化技术是CO2资源化利用的有效手段之一，其反应原理为CO2（g）+4H2（g）⇌CH4（g）+2H2O（g）ΔH1。已知298K时，有关物质的相对能量如表所示：
下列说法正确的是 ____ 。
A．该反应的ΔS＞0
B．相对能量：H2O（g）＜H2O（l）
C．该反应的ΔH=-166kJ•mol-1
D．CO2（g）+4H2（g）═CH4（g）+2H2O（l）ΔH2，则ΔH2＞ΔH1
（3）利用甲烷和二氧化碳共转化催化亦可获得更多产品，反应历程如图2所示：
已知部分化学键的键能数据如下：
已知产物为气态根据上述信息，写出该催化反应的热化学方程式： ____ ，该反应的自发条件是 ____ （填“低温”“高温”或“任意温度”）
（4）CO2催化加氢法可制备乙烯，反应原理为2CO2（g）+6H2（g）⇌C2H4（g）+4H2O（g）ΔH=-127.8kJ•mol-1。向2L恒容密闭容器中加入1mol CO2和3mol H2，在催化剂作用下发生反应，测得不同温度下，平衡时各组分物质的量的曲线如图甲所示：
①图中曲线b、d分别代表的是 ____ 、 ____ 的物质的量随温度的变化关系。
②T1℃时，H2的平衡转化率为 ____ （结果保留三位有效数字）。
我国科学家已成功利用二氧化碳完成了淀粉的人工全合成工作，合成淀粉的重要反应包括二氧化碳制备甲醇的反应：
i．CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1（主反应）
ii．CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔH2（副反应）
（5）若在恒温恒容条件下进行反应i，下列不能说明该反应已到达化学平衡状态的是 ____ 。
A．CH3OH的浓度不再改变
B．混合气体的平均相对分子质量不变
C．容器内混合气体的密度不再改变
D．H2O的物质的量分数不变
（6）对于反应i，改变某一条件，对化学反应速率的影响及解释正确的是 ____ 。（不定项）
A．升高温度，使单位体积内活化分子百分数增加，反应速率加快
B．增加反应物的浓度，使单位体积内活化分子百分数增加，反应速率加快
C．使用催化剂能降低反应活化能，使单位体积内活化分子百分数增加，反应速率加快
D．反应达到平衡后，增大压强，v正仍等于v逆
（7）该主反应在有催化剂和无催化剂作用下的反应机理如图所示（其中标有*的为吸附在催化剂表面上的物种，TS为过渡态）；使用催化剂的曲线是 ____ （选填“甲”、“乙”），催化剂可使反应历程中决速步骤的活化能降低 ____ eV（eV为能量单位）。
（8）一定温度下，分别按CO2、H2起始物质的量之比为1：1，1：2，1：3发生反应CO2（g）+H2（g）⇌HCOOH（g），保持总压强为140kPa，测得CO2的平衡转化率与温度之间的关系如图乙所示。曲线Ⅰ代表的投料比为 ____ 。X点条件下，用平衡分压代替平衡浓度计算的平衡常数Kp= ____ kPa-1（已知：分压=总压×物质的量分数）。
（9）我国科学家以Si/Bi材料作光电极，以CO2饱和溶液的0.5mol•L-1的KHCO3溶液作电解液pH=7.4，将CO2转化为HCOO-，原理如图丙所示。根据图示，生成HCOO-的电极名称是 ____ 极，电极方程式为 ____ 。
（1）下列能量转化形式在二氧化碳捕集与利用循环图中不涉及的是 ____ 。
A．电能→化学能
B．化学能→电能
C．热能→电能
D．光能（风能）→电能
（2）二氧化碳甲烷化技术是CO2资源化利用的有效手段之一，其反应原理为CO2（g）+4H2（g）⇌CH4（g）+2H2O（g）ΔH1。已知298K时，有关物质的相对能量如表所示：
| 物质 | H2（g） | CH4（g） | H2O（g） | CO2（g） |
| 相对能量/（kJ•mol-1） | 0 | -75 | -242 | -393 |
A．该反应的ΔS＞0
B．相对能量：H2O（g）＜H2O（l）
C．该反应的ΔH=-166kJ•mol-1
D．CO2（g）+4H2（g）═CH4（g）+2H2O（l）ΔH2，则ΔH2＞ΔH1
（3）利用甲烷和二氧化碳共转化催化亦可获得更多产品，反应历程如图2所示：
已知部分化学键的键能数据如下：
| 共价键 | C—H | C=O | O—H | C—O | C—C |
| 键能（kJ•mol-1） | 413 | 497 | 462 | 351 | 348 |
（4）CO2催化加氢法可制备乙烯，反应原理为2CO2（g）+6H2（g）⇌C2H4（g）+4H2O（g）ΔH=-127.8kJ•mol-1。向2L恒容密闭容器中加入1mol CO2和3mol H2，在催化剂作用下发生反应，测得不同温度下，平衡时各组分物质的量的曲线如图甲所示：
①图中曲线b、d分别代表的是 ____ 、 ____ 的物质的量随温度的变化关系。
②T1℃时，H2的平衡转化率为 ____ （结果保留三位有效数字）。
我国科学家已成功利用二氧化碳完成了淀粉的人工全合成工作，合成淀粉的重要反应包括二氧化碳制备甲醇的反应：
i．CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1（主反应）
ii．CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔH2（副反应）
（5）若在恒温恒容条件下进行反应i，下列不能说明该反应已到达化学平衡状态的是 ____ 。
A．CH3OH的浓度不再改变
B．混合气体的平均相对分子质量不变
C．容器内混合气体的密度不再改变
D．H2O的物质的量分数不变
（6）对于反应i，改变某一条件，对化学反应速率的影响及解释正确的是 ____ 。（不定项）
A．升高温度，使单位体积内活化分子百分数增加，反应速率加快
B．增加反应物的浓度，使单位体积内活化分子百分数增加，反应速率加快
C．使用催化剂能降低反应活化能，使单位体积内活化分子百分数增加，反应速率加快
D．反应达到平衡后，增大压强，v正仍等于v逆
（7）该主反应在有催化剂和无催化剂作用下的反应机理如图所示（其中标有*的为吸附在催化剂表面上的物种，TS为过渡态）；使用催化剂的曲线是 ____ （选填“甲”、“乙”），催化剂可使反应历程中决速步骤的活化能降低 ____ eV（eV为能量单位）。
（8）一定温度下，分别按CO2、H2起始物质的量之比为1：1，1：2，1：3发生反应CO2（g）+H2（g）⇌HCOOH（g），保持总压强为140kPa，测得CO2的平衡转化率与温度之间的关系如图乙所示。曲线Ⅰ代表的投料比为 ____ 。X点条件下，用平衡分压代替平衡浓度计算的平衡常数Kp= ____ kPa-1（已知：分压=总压×物质的量分数）。
（9）我国科学家以Si/Bi材料作光电极，以CO2饱和溶液的0.5mol•L-1的KHCO3溶液作电解液pH=7.4，将CO2转化为HCOO-，原理如图丙所示。根据图示，生成HCOO-的电极名称是 ____ 极，电极方程式为 ____ 。
题目解答
答案
解：（1）A．电解池实现电能→化学能，故A正确；
B．燃料电池车实现化学能→电能，故B正确；
C．合成塔中主要是热能转化为化学能，故C错误；
D．光伏电池或风力电机发电实现光能（风能）→电能，故D正确；
故答案为：C；
（2）A．由反应可知反应物的气体分子数多于生成物气体分子数，则△S＜0，故A错误；B．相同条件下，同种物质相对能量：气态＞液态，则相对能量：H2O（g）＞H2O（l），故B错误；
C．该反应的ΔH=生成物的相对能量和-反应物的相对能量和=[2×（-242）+（-75）-（-393）-0]kJ/mol=-166kJ/mol，故C正确；
D．相对能量：H2O（g）＞H2O（l），生成液态水时放出的热量多于生成气态水时的热量，放热越多ΔH越小，则ΔH 2＜ΔH 1，故D错误；
故答案为：C；
（3）根据反应历程可知，该反应是由二氧化碳和甲烷合成乙酸的反应，该反应的ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和，则反应物的总键能为497kJ/mol×2+413kJ/mol×4=2646kJ/mol，生成物的总键能为413kJ/mol×3+348kJ/mol+351kJ/mol+462kJ/mol+497kJ/mol=2897kJ/mol，则该催化反应的热化学方程式为CO2（g）+CH4（g）=CH3COOH（g）ΔH=-251kJ/mol；根据△G=ΔH—T△S＜0该反应能自发进行，其中ΔH＜0，△S＜0，则该反应的自发条件是低温，
故答案为：CO2（g）+CH4（g）=CH3COOH（g）ΔH=-251kJ/mol；低温；
（4）①反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，则随温度升高，物质的量增大的曲线a、b代表反应物随温度的变化关系，随温度升高，物质的量减小的曲线c、d代表生成物随温度的变化关系，结合化学计量数关系可知，a代表H2的物质的量随温度的变化，b代表CO2的物质的量随温度的变化，c代表H2O的物质的量随温度的变化，d代表C2H4的物质的量随温度的变化，
故答案为：CO2；C2H4；
②设T1℃反应达到平衡时生成xmol C2H4，根据反应方程式，列三段式：
2CO2（g）+6H2（g）⇌C2H4（g）+4H2O（g）（单位：mol）
开始 1 3 0 0
变化 2x 6x x 4x
平衡 1-2x 3-6x x 4x
由图可知，T1℃时n（CO2）=n（H2O），1-2x=4x解得x=$\frac{1}{6}$，平衡时n（H2）=2mol，氢气的转化率为$\frac{3-2}{3}$×100%≈33.3%，
故答案为：33.3%；
（5）A．CH3OH的浓度不再改变，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故A错误；
B．反应前后气体总质量不变，气体物质的量增大，则混合气体平均相对分子质量减小，当混合气体的平均相对分子质量不变时，反应达到平衡状态，故B错误；
C．反应前后气体总质量不变，容器体积不变，则容器内混合气体的密度始终不变，不能据此判断平衡状态，故C正确；
D．H2O的物质的量分数不变，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故D错误；
故答案为：C；
（6）A．升高温度，使单位体积内活化分子百分数增加，反应速率加快，故A正确；
B．增加反应物的浓度，活化分子百分数不变，故B错误；
C．使用催化剂能降低反应活化能，使单位体积内活化分子百分数增加，反应速率加快，故C正确；
D．该反应为气体分子数减小的反应，则反应达到平衡后，增大压强，平衡正向移动，V正大于V逆，故D错误；
故答案为：AC；
（7）使用催化剂能够降低反应的活化能，使反应速率大大加快，从而缩短了达到平衡所需时间；根据图示可知曲线乙表示的是使用催化剂的曲线；对于多步反应，活化能最大的慢反应对总反应起决定作用；未使用催化剂时，慢反应的活化能为1.80 eV-0.20 eV=1.60 eV；当使用了催化剂后，活化能变为：0.40 eV-（-1.00 eV）=1.40 eV，可见催化剂可使反应历程中决速步骤的活化能降低1.60 eV-1.40eV=0.20 eV，
故答案为：乙：0.20；
（8）根据增加H2的量可以提高CO2的转化率可知，投料比减小，则CO2的转化率要增大，所以曲线Ⅰ代表的投料比为1：3；X点条件时，投料比为1：3，CO2的转化率为50%，假设起始加入CO2物质的量为1mol，H2物质的量为3mol，则CO2转化了0.5mol列三段式：
CO2（g）+H2（g）⇌HCOOH（g）（单位：mol）
开始 1 3 0
变化 0.5 0.5 0.5
平衡 0.5 2.5 0.5
气体总物质的量为（0.5+2.5+0.5）mol=3.5mol，则Kp=$\frac{p（HCOOH）}{p（C{O}_{2}）p（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.5}{3.5}×140}{\frac{0.5}{3.5}1×140×\frac{2.5}{3.5}×140}$=0.01kPa-1，
故答案为：1：3；0.01；
（9）H2O转化为O2氧元素化合价升高，发生氧化反应，作为阳极，CO2转化为HCOO-碳元素化合价降低，发生还原反应，做为阴极，其电极反应式为CO2+${HCO}_{3}^{-}$+2e-=HCOO-+${CO}_{3}^{2-}$，
故答案为：阴；CO2+${HCO}_{3}^{-}$+2e-=HCOO-+${CO}_{3}^{2-}$。
B．燃料电池车实现化学能→电能，故B正确；
C．合成塔中主要是热能转化为化学能，故C错误；
D．光伏电池或风力电机发电实现光能（风能）→电能，故D正确；
故答案为：C；
（2）A．由反应可知反应物的气体分子数多于生成物气体分子数，则△S＜0，故A错误；B．相同条件下，同种物质相对能量：气态＞液态，则相对能量：H2O（g）＞H2O（l），故B错误；
C．该反应的ΔH=生成物的相对能量和-反应物的相对能量和=[2×（-242）+（-75）-（-393）-0]kJ/mol=-166kJ/mol，故C正确；
D．相对能量：H2O（g）＞H2O（l），生成液态水时放出的热量多于生成气态水时的热量，放热越多ΔH越小，则ΔH 2＜ΔH 1，故D错误；
故答案为：C；
（3）根据反应历程可知，该反应是由二氧化碳和甲烷合成乙酸的反应，该反应的ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和，则反应物的总键能为497kJ/mol×2+413kJ/mol×4=2646kJ/mol，生成物的总键能为413kJ/mol×3+348kJ/mol+351kJ/mol+462kJ/mol+497kJ/mol=2897kJ/mol，则该催化反应的热化学方程式为CO2（g）+CH4（g）=CH3COOH（g）ΔH=-251kJ/mol；根据△G=ΔH—T△S＜0该反应能自发进行，其中ΔH＜0，△S＜0，则该反应的自发条件是低温，
故答案为：CO2（g）+CH4（g）=CH3COOH（g）ΔH=-251kJ/mol；低温；
（4）①反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，则随温度升高，物质的量增大的曲线a、b代表反应物随温度的变化关系，随温度升高，物质的量减小的曲线c、d代表生成物随温度的变化关系，结合化学计量数关系可知，a代表H2的物质的量随温度的变化，b代表CO2的物质的量随温度的变化，c代表H2O的物质的量随温度的变化，d代表C2H4的物质的量随温度的变化，
故答案为：CO2；C2H4；
②设T1℃反应达到平衡时生成xmol C2H4，根据反应方程式，列三段式：
2CO2（g）+6H2（g）⇌C2H4（g）+4H2O（g）（单位：mol）
开始 1 3 0 0
变化 2x 6x x 4x
平衡 1-2x 3-6x x 4x
由图可知，T1℃时n（CO2）=n（H2O），1-2x=4x解得x=$\frac{1}{6}$，平衡时n（H2）=2mol，氢气的转化率为$\frac{3-2}{3}$×100%≈33.3%，
故答案为：33.3%；
（5）A．CH3OH的浓度不再改变，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故A错误；
B．反应前后气体总质量不变，气体物质的量增大，则混合气体平均相对分子质量减小，当混合气体的平均相对分子质量不变时，反应达到平衡状态，故B错误；
C．反应前后气体总质量不变，容器体积不变，则容器内混合气体的密度始终不变，不能据此判断平衡状态，故C正确；
D．H2O的物质的量分数不变，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故D错误；
故答案为：C；
（6）A．升高温度，使单位体积内活化分子百分数增加，反应速率加快，故A正确；
B．增加反应物的浓度，活化分子百分数不变，故B错误；
C．使用催化剂能降低反应活化能，使单位体积内活化分子百分数增加，反应速率加快，故C正确；
D．该反应为气体分子数减小的反应，则反应达到平衡后，增大压强，平衡正向移动，V正大于V逆，故D错误；
故答案为：AC；
（7）使用催化剂能够降低反应的活化能，使反应速率大大加快，从而缩短了达到平衡所需时间；根据图示可知曲线乙表示的是使用催化剂的曲线；对于多步反应，活化能最大的慢反应对总反应起决定作用；未使用催化剂时，慢反应的活化能为1.80 eV-0.20 eV=1.60 eV；当使用了催化剂后，活化能变为：0.40 eV-（-1.00 eV）=1.40 eV，可见催化剂可使反应历程中决速步骤的活化能降低1.60 eV-1.40eV=0.20 eV，
故答案为：乙：0.20；
（8）根据增加H2的量可以提高CO2的转化率可知，投料比减小，则CO2的转化率要增大，所以曲线Ⅰ代表的投料比为1：3；X点条件时，投料比为1：3，CO2的转化率为50%，假设起始加入CO2物质的量为1mol，H2物质的量为3mol，则CO2转化了0.5mol列三段式：
CO2（g）+H2（g）⇌HCOOH（g）（单位：mol）
开始 1 3 0
变化 0.5 0.5 0.5
平衡 0.5 2.5 0.5
气体总物质的量为（0.5+2.5+0.5）mol=3.5mol，则Kp=$\frac{p（HCOOH）}{p（C{O}_{2}）p（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.5}{3.5}×140}{\frac{0.5}{3.5}1×140×\frac{2.5}{3.5}×140}$=0.01kPa-1，
故答案为：1：3；0.01；
（9）H2O转化为O2氧元素化合价升高，发生氧化反应，作为阳极，CO2转化为HCOO-碳元素化合价降低，发生还原反应，做为阴极，其电极反应式为CO2+${HCO}_{3}^{-}$+2e-=HCOO-+${CO}_{3}^{2-}$，
故答案为：阴；CO2+${HCO}_{3}^{-}$+2e-=HCOO-+${CO}_{3}^{2-}$。