利用太陽能光解水,製備的H2用於還原CO2合成有機物,可實現資源的再利用。回答下列問題:Ⅰ.半導體光催化劑浸入...
問題詳情:
利用太陽能光解水,製備的H2用於還原CO2合成有機物,可實現資源的再利用。回答下列問題:
Ⅰ.半導體光催化劑浸入水或電解質溶液中,光照時可在其表面得到產物
(1)下圖為該催化劑在水中發生光催化反應的原理示意圖。光解水能量轉化形式為___________。
(2)若將該催化劑置於Na2SO3溶液中,產物之一為,另一產物為__________。若將該催化劑置於AgNO3溶液中,產物之一為O2,寫出生成另一產物的離子反應式__________。
Ⅱ.用H2還原CO2可以在一定條下合成CH3OH(不考慮副反應):
(3)某溫度下,恆容密閉容器中,CO2和H2的起始濃度分別為 a mol‧L-1和3 a mol‧L-1,反應平衡時,CH3OH的產率為b,該溫度下反應平衡常數的值為___________。
(4)恆壓下,CO2和H2的起始物質的量比為1:3時,該反應在無分子篩膜時*醇的平衡產率和有分子篩膜時*醇的產率隨溫度的變化如圖所示,其中分子篩膜能選擇*分離出H2O。
①*醇平衡產率隨溫度升高而降低的原因為____________。
②P點*醇產率高於T點的原因為___________。
③根據上圖,在此條件下采用該分子篩膜時的最佳反應溫度為___________°C。
Ⅲ.調節溶液pH可實現工業廢氣CO2的捕獲和釋放
(5) 的空間構型為__________。已知25℃碳*電離常數為Ka1、Ka2,當溶液pH=12時,=1:_______:__________。
【回答】
(1). 光能轉化為化學能 (2). H2 (3). (4). (5). 該反應為放熱反應,溫度升高,平衡逆向移動(或平衡常數減小) (6). 分子篩膜從反應體系中不斷分離出H2O,有利於反應正向進行,*醇產率升高 (7). 210 (8). 平面(正)三角形 (9). (10).
【解析】
【分析】
I.根據圖示分析反應以及能量轉化形式;根據氧化還原反應的規律分析產物、書寫離子反應式;
II.用三段式和平衡常數表示式計算平衡常數,依據外界條件對化學平衡的影響分析作答;
III.用價層電子對互斥理論判斷的空間構型,利用電離平衡常數表示式計算粒子濃度的比值。
【詳解】I.(1)根據圖示,該催化劑在水中發生光催化反應的方程式為2H2O2H2↑+O2↑,光解水能量轉化形式為光能轉化為化學能,故*為:光能轉化為化學能。
(2)若將該催化劑置於Na2SO3溶液中,產物之一為,被氧化成,則H+被還原為H2,即另一產物為H2;若將該催化劑置於AgNO3溶液中,產物之一為O2,氧元素的化合價升高,O2為氧化產物,則生成另一產物的反應為還原反應,由於Ag+得電子能力大於H+,故生成另一產物的離子反應式為Ag++e-=Ag,故*為:H2,Ag++e-=Ag。
II.(3) CO2和H2的起始濃度分別為 a mol‧L-1和3 a mol‧L-1,CH3OH的產率為b,則生成的CH3OH物質的量濃度為abmol/L,根據三段式
則反應的平衡常數K== =,故*為:。
(4)①該反應為放熱反應(∆H<0),溫度升高,平衡逆向移動(或平衡常數減小),故*醇平衡產率隨溫度升高而降低,故*為:該反應為放熱反應,溫度升高,平衡逆向移動(或平衡常數減小);
②因分子篩膜能選擇*分離出H2O,c(H2O)減小,有利於反應正向進行,*醇產率升高,故P點*醇產率高於T點,故*為:分子篩膜從反應體系中不斷分離出H2O,有利於反應正向進行,*醇產率升高。
③根據圖示,使用該分子篩膜210℃時*醇的產率最大,故在此條件下采用該分子篩膜時的最佳反應溫度為210℃,故*為:210。
III.(5)中C的孤電子對數為×(4+2-3×2)=0,σ鍵電子對數為3,價層電子對數為3,C上沒有孤電子對,故的空間構型為平面正三角形;H2CO3的電離方程式為H2CO3⇌H++、⇌ H++,則Ka1= 、Ka2=,當溶液的pH=12時,c(H+)=1×10-12mol/L,將其代入Ka1、Ka2中分別求出c()=1012Ka1 c(H2CO3)、c()=1012Ka2 c()=1024Ka1Ka2 c(H2CO3),則c(H2CO3):c():c() =1:(1012Ka1):(1024Ka1Ka2),故*為:平面正三角形,1012Ka1,1024Ka1Ka2。
【點睛】本題考查的知識點較多,但難度都不是很大,學生只要充分利用題給資訊、結合所學的基本原理和方法即可作答。
知識點:大學聯考試題
題型:綜合題
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