通过电化学、热化学等方法,将 2CO转化为HCOOH等化学…——2024 高考化学第 19 题答案解析

2024_浙江卷 (化学)

2024 浙江 第 19 题 单选题 区分题
2024_浙江卷 (化学)

19. 通过电化学、热化学等方法,将 2CO转化为HCOOH等化学品,是实现“双碳”目标的途径之一。请回
答:
(1)某研究小组采用电化学方法将 2CO转化为HCOOH,装置如图。电极 B 上的电极反应式是
_______。
(2)该研究小组改用热化学方法,相关热化学方程式如下:
I: -12 2 1C(s)+O (g) CO (g)Δ$H =-393.5 kJ mol=$ ×
Ⅱ: -12 2 2C(s)+H (g)+O (g) HCOOH(g)Δ$H =-378.7 kJ mol=$ ×
Ⅲ: 2 2 3CO (g)+H (g) HCOOH(g)ΔHˆˆ †‡ˆ ˆ
① 3Δ$H =_______ -1kJ mol$×。
②反应Ⅲ在恒温、恒容的密闭容器中进行, 2CO和 2H的投料浓度均为 -11.0 mol L×,平衡常数
-$8K=2.4 10$´,则 2CO的平衡转化率为_______。
③用氨水吸收HCOOH,得到 -11.00 mol L×氨水和 -10.18 mol L×甲酸铵的混合溶液,298 K时该混合溶
液的$pH=_______$。[已知:298 K时,电离常数 -$5b 3 2K NH H O =1.8 10$× ´、 -$4aK (HCOOH)=1.8 10$´]
(3)为提高效率,该研究小组参考文献优化热化学方法,在如图密闭装置中充分搅拌催化剂 M 的
DMSO(有机溶剂)溶液, 2CO和 2H在溶液中反应制备HCOOH,反应过程中保持 2CO (g)和 2H (g)的
压强不变,总反应 2 2CO +H HCOOHˆˆ †‡ˆ ˆ的反应速率为 v,反应机理如下列三个基元反应,各反应的活
化能 2 1 3E <E <<E(不考虑催化剂活性降低或丧失)。
Ⅳ: 2M+CO Qˆˆ †‡ˆ ˆ 1E
V: 2Q+H Lˆˆ †‡ˆ ˆ 2E

VI:L M+HCOOHˆˆ †‡ˆ ˆ 3E
①催化剂 M 足量条件下,下列说法正确的是_______。

A. v 与 2CO (g)的压强无关
B. v 与溶液中溶解 2H的浓度无关
C. 温度升高,v 不一定增大
D. 在溶液中加入 2 33N CH CH,可提高 2CO转化率 ②实验测得:298 K, $2 2p CO =p H =2MPa$下,v 随催化剂 M 浓度 c 变化如图。 0c c£时,v 随 c 增 大而增大: 0c>c时,v 不再显著增大。请解释原因_______。
参考答案

(1) - +$2CO +2e +2H =HCOOH$; (2) ①. +14.8 ②. 2.4×10−8; (3) 10.00 (3) ①. CD ②. 当 c≤c0 时,v 随 c 增大而增大,因 M 是基元反应 IV 的反应物(直接影 响基元反 应 VI 中反应物 L 的生成); c>c 0 时,v 不再显著增加,因受限 于 CO2(g)和 H2 (g)在溶液中的溶解速度(或浓 度)

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【答案】 (1) - +$2CO +2e +2H =HCOOH$
(2) ①. +14.8 ②. 2.4×10−8 ③. 10.00
(3) ①. CD ②. 当 c≤c0 时,v 随 c 增大而增大,因 M 是基元反应 IV 的反应物(直接影 响基元反
应 VI 中反应物 L 的生成); c>c 0 时,v 不再显著增加,因受限 于 CO2(g)和 H2 (g)在溶液中的溶解速度(或浓
度)
【解析】
【小问 1 详解】
①电极 B 是阴极,则电极反应式是 - +$2CO +2e +2H =HCOOH$;
【小问 2 详解】
①Δ$H3=$ ΔH2 -Δ$H1=-378 .7 kJ /mol+393 .5 kJ/mol =+14.8 kJ/ mol$;
②根据三段式,设转化的 CO2 为 x,则:

2 2CO g + H g HCOOH g(mol/L) 1 1 0(mol/L) x x x(mol/L) 1-x 1-x x起始转化平衡
,则 -$82xK= =2.4 10(1-x)$´,
-8x 2.4 10 mol/L» ´,则转化率=
862.4 10100% 2.4 10 %1--´= ´ = ´;
③用氨水吸收 HCOOH,得到 1.00 mol⋅L-1 氨水和 0.18 mol⋅L-1 甲酸铵的混合溶液,得出 +4c(NH )
=0.18mol/L, 根据
- +$4b3 2c(OH ) c(NH )=c(NH .H O)K$×
,则 $b-- -43 25+4c(NH .H O)1c(OH )= = =10 mol/L)1.8 10c(NH 0.18K$×´´,
$pOH=4$,$pH=14-4=10$;
【小问 3 详解】
①A.v 与 CO2(g)的压强有关,压强越大,溶液中 CO2 的浓度越大,v 越大,A 错误;
B.v 与溶液中溶解H2 的浓度有关,氢气浓度越大,速率越快,B 错误;
C.温度升高,v 不一定增大,反应Ⅳ和Ⅴ是快反应,而Ⅵ是慢反应(决速步骤),若Ⅳ和Ⅴ是放热反应且可
以快速建立平衡状态,则随着温度升高 L 的浓度减小,若 L 的浓度减小对反应速率的影响大于温度升高对
总反应速率的影响,则总反应速率减小,故总反应的速率不一定增大,C 错误;
D.在溶液中加入的N(CH2CH3)3 会与 HCOOH 反应,使得三个平衡正向移动,可提高CO2 转化率,D 正确;
故选 CD。
②当 c≤c0 时,v 随 c 增大而增大,因 M 是基元反应 IV 的反应物(直接影 响基元反应 VI 中反应物 L 的生
成); c>c 0 时,v 不再显著增加,因受限 于 CO2(g)和 H2 (g)在溶液中的溶解速度(或浓度)。

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