通过电化学、热化学等方法，将 C O _ 2 转化为HCO…——2024 高考化学第 19 题答案解析

19. 通过电化学、热化学等方法，将 $\mathrm { C O } _ { 2 }$ 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 $\mathrm { C O } _ { 2 }$ 转化为HCOOH，装置如图。电极B上的电极反应式是0

（2）该研究小组改用热化学方法，相关热化学方程式如下：

I： $\begin{array} { r l } { \mathbf { \boldsymbol { C } } ( \mathbf { \boldsymbol { s } } ) + \mathbf { \boldsymbol { O } } _ { 2 } ( \mathbf { \boldsymbol { g } } ) = \mathbf { \boldsymbol { C } } \mathbf { \boldsymbol { O } } _ { 2 } ( \mathbf { \boldsymbol { g } } ) } & { { } \Delta \mathbf { \boldsymbol { H } } _ { 1 } = - 3 9 3 . 5 \mathbf { \boldsymbol { k } } \mathbf { \boldsymbol { J } } \cdot \mathbf { \boldsymbol { m o l } } ^ { - 1 } } \end{array}$

Ⅱ： $\mathrm { C } ( \mathrm { s } ) { + } \mathrm { H } _ { 2 } ( \mathrm { g } ) { + } \mathrm { O } _ { 2 } ( \mathrm { g } ) { = } \mathrm { H } \mathrm { C } \mathrm { O } \mathrm { O } \mathrm { H } ( \mathrm { g }$ ) $\Delta \mathrm { H } _ { \gamma } { = } { - } 3 7 8 . 7 \mathrm { k J } { \cdot } \mathrm { m o l } ^ { - 1 }$

Ⅲ： $\mathrm { C O } _ { 2 } ( \mathrm { g } ) { + } \mathrm { H } _ { 2 } ( \mathrm { g } ) { \Longrightarrow } \mathrm { H C O O H } ( \mathrm { g } )$ $\Delta \mathrm { H } _ { 3 }$

① $\Delta \mathrm { H } _ { 3 } =$ $\mathrm { k J \cdot m o l ^ { - 1 } }$

②反应Ⅲ在恒温、恒容的密闭容器中进行， $\mathrm { C O } _ { 2 }$ 和 $\mathrm { H } _ { 2 }$ 的投料浓度均为 $1 . 0 ~ \mathrm { m o l \cdot L ^ { - 1 } }$ ，平衡常数$\mathrm { K } { = } 2 . 4 \times 1 0 ^ { - 8 }$ ，则 $\mathrm { C O } _ { 2 }$ 的平衡转化率为

③用氨水吸收HCOOH，得到 $1 . 0 0 \mathrm { m o l } { \cdot } \mathrm { L } ^ { - 1 }$ 氨水和 $0 . 1 8 ~ \mathrm { m o l \cdot L ^ { - 1 } }$ 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 $\mathrm { K _ { b } \left( N H _ { 3 } \cdot H _ { 2 } O \right) { = } 1 . 8 \times 1 0 ^ { - 5 } , ~ \mathrm { K _ { a } ( H C O O H ) { = } 1 . 8 \times 1 0 ^ { - 4 } ] } }$

DMSO(有机溶剂)溶液， $\mathrm { C O } _ { 2 }$ 和 $\mathrm { H } _ { 2 }$ 在溶液中反应制备HCOOH，反应过程中保持 $\mathrm { C O } _ { 2 } ( \mathrm { g } )$ 和 $\mathrm { H } _ { 2 } ( \mathbf { g } )$ 的压强不变，总反应 $\mathrm { C O } _ { 2 } + \mathrm { H } _ { 2 } { \stackrel { } { \Longleftrightarrow } } \mathrm { H C O O H }$ 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 $\mathrm { E } _ { 2 } { \mathrm { < E } _ { 1 } } { \mathrm { < } } { \mathrm { < E } _ { 3 } }$ (不考虑催化剂活性降低或丧失)。

Ⅳ： $\mathrm { M } { + } \mathrm { C O } _ { 2 } { \stackrel { } { \longrightarrow } } \mathrm { Q }$ E₁V： $\mathrm { Q + H } _ { 2 } \Longrightarrow \mathrm { L }$ $\mathrm { E } _ { 2 }$

VI： L M+HCOOH‡ˆˆˆˆ† $\mathrm { E } _ { 3 }$

①催化剂M 足量条件下，下列说法正确的是A．v 与 $\mathrm { C O } _ { 2 } ( \mathbf { g } )$ 的压强无关 B．v与溶液中溶解 $\mathrm { H } _ { 2 }$ 的浓度无关C．温度升高，v不一定增大 D．在溶液中加入 $\mathrm { N } \big ( \mathrm { C H } _ { 2 } \mathrm { C H } _ { 3 } \big ) _ { 3 }$ ，可提高 $\mathrm { C O } _ { 2 }$ 转化率

②实验测得：298 K， $\mathrm { \ p ( C O _ { 2 } ) { = } p ( H _ { 2 } ) { = } 2 M P a }$ 下，v随催化剂M 浓度c变化如图。 $\mathbf { c } \leq \mathbf { c } _ { 0 }$ 时，v 随 c增大而增大： $\mathtt { c } > \mathtt { c } _ { 0 }$ 时，v不再显著增大。请解释原因