利用太阳能光解水,制备的H2用于还原CO2合成有机物,可实现资源的再利用。回答下列问题:Ⅰ.半导体光催化剂浸入...
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利用太阳能光解水,制备的H2用于还原CO2合成有机物,可实现资源的再利用。回答下列问题:
Ⅰ.半导体光催化剂浸入水或电解质溶液中,光照时可在其表面得到产物
(1)下图为该催化剂在水中发生光催化反应的原理示意图。光解水能量转化形式为___________。
(2)若将该催化剂置于Na2SO3溶液中,产物之一为,另一产物为__________。若将该催化剂置于AgNO3溶液中,产物之一为O2,写出生成另一产物的离子反应式__________。
Ⅱ.用H2还原CO2可以在一定条下合成CH3OH(不考虑副反应):
(3)某温度下,恒容密闭容器中,CO2和H2的起始浓度分别为 a mol‧L-1和3 a mol‧L-1,反应平衡时,CH3OH的产率为b,该温度下反应平衡常数的值为___________。
(4)恒压下,CO2和H2的起始物质的量比为1:3时,该反应在无分子筛膜时*醇的平衡产率和有分子筛膜时*醇的产率随温度的变化如图所示,其中分子筛膜能选择*分离出H2O。
①*醇平衡产率随温度升高而降低的原因为____________。
②P点*醇产率高于T点的原因为___________。
③根据上图,在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为___________°C。
Ⅲ.调节溶液pH可实现工业废气CO2的捕获和释放
(5) 的空间构型为__________。已知25℃碳*电离常数为Ka1、Ka2,当溶液pH=12时,
=1:_______:__________。
【回答】
(1). 光能转化为化学能 (2). H2 (3). (4).
(5). 该反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动(或平衡常数减小) (6). 分子筛膜从反应体系中不断分离出H2O,有利于反应正向进行,*醇产率升高 (7). 210 (8). 平面(正)三角形 (9).
(10).
【解析】
【分析】
I.根据图示分析反应以及能量转化形式;根据氧化还原反应的规律分析产物、书写离子反应式;
II.用三段式和平衡常数表达式计算平衡常数,依据外界条件对化学平衡的影响分析作答;
III.用价层电子对互斥理论判断的空间构型,利用电离平衡常数表达式计算粒子浓度的比值。
【详解】I.(1)根据图示,该催化剂在水中发生光催化反应的方程式为2H2O2H2↑+O2↑,光解水能量转化形式为光能转化为化学能,故*为:光能转化为化学能。
(2)若将该催化剂置于Na2SO3溶液中,产物之一为,
被氧化成
,则H+被还原为H2,即另一产物为H2;若将该催化剂置于AgNO3溶液中,产物之一为O2,氧元素的化合价升高,O2为氧化产物,则生成另一产物的反应为还原反应,由于Ag+得电子能力大于H+,故生成另一产物的离子反应式为Ag++e-=Ag,故*为:H2,Ag++e-=Ag。
II.(3) CO2和H2的起始浓度分别为 a mol‧L-1和3 a mol‧L-1,CH3OH的产率为b,则生成的CH3OH物质的量浓度为abmol/L,根据三段式
则反应的平衡常数K==
=
,故*为:
。
(4)①该反应为放热反应(∆H<0),温度升高,平衡逆向移动(或平衡常数减小),故*醇平衡产率随温度升高而降低,故*为:该反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动(或平衡常数减小);
②因分子筛膜能选择*分离出H2O,c(H2O)减小,有利于反应正向进行,*醇产率升高,故P点*醇产率高于T点,故*为:分子筛膜从反应体系中不断分离出H2O,有利于反应正向进行,*醇产率升高。
③根据图示,使用该分子筛膜210℃时*醇的产率最大,故在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为210℃,故*为:210。
III.(5)中C的孤电子对数为
×(4+2-3×2)=0,σ键电子对数为3,价层电子对数为3,C上没有孤电子对,故
的空间构型为平面正三角形;H2CO3的电离方程式为H2CO3⇌H++
、
⇌ H++
,则Ka1=
、Ka2=
,当溶液的pH=12时,c(H+)=1×10-12mol/L,将其代入Ka1、Ka2中分别求出c(
)=1012Ka1 c(H2CO3)、c(
)=1012Ka2 c(
)=1024Ka1Ka2 c(H2CO3),则c(H2CO3):c(
):c(
) =1:(1012Ka1):(1024Ka1Ka2),故*为:平面正三角形,1012Ka1,1024Ka1Ka2。
【点睛】本题考查的知识点较多,但难度都不是很大,学生只要充分利用题给信息、结合所学的基本原理和方法即可作答。
知识点:高考试题
题型:综合题
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