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热练25　化学反应速率与化学平衡综合(一)
1. (2025·苏北四市一调)CO2的催化加氢反应可以产生多种高附加值产品，如甲醇、碳氢化合物等。
Ⅰ. 由CO2制碳氢化合物的过程如图1所示。
图1
(1)涉及部分反应：
ⅰ. CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋39.7 kJ/mol
ⅱ. CO(g)＋2H2(g)===—(CH2)—(g)＋H2O(g)　ΔH＝－164.7 kJ/mol
ⅲ. 2CO(g)＋H2(g)===—(CH2)—(g)＋CO2(g)　ΔH＝　 　kJ/mol
(2)催化剂Ⅰ可使用铁基催化剂。
①方铁矿(Fe1－xO)可用作催化剂，当x＝0.05时，晶体中＝　 　。
②地球化学研究发现，地幔层(温度1 000～1 300 ℃)中磁铁矿与石墨矿会转化为方铁矿，该反应的化学方程式为　 　。
Ⅱ. 电催化CO2还原制备碳氢化合物，其装置原理如图2所示。
　　
图2　　　　　　　　　　　图3　　　　　　　　　　　　　图4
(3)电池工作过程中，阴极生成C3H6的电极反应式为　 。
(4)每转移2 mol电子，阳极室溶液质量减少　　g。
Ⅲ. 将ZnZrOx附着在分子筛SSZ-13上，可催化CO、H2生成CH3OH及碳氢化合物，部分反应机理如图3所示。催化剂中、CO转化率、烃的选择性关系如图4所示。
(5)大于1后，CO转化率降低的可能原因为　 　。
(6)随增加，烯烃选择性减少，烷烃增加的可能原因为　 　。
2. (2025·徐州调研)炼钢厂排放的烧结烟气中主要含SO2、NO、N2、O2和水蒸气。臭氧(O3)预氧化协同喷氨(NH3)技术可将烟气中的污染物转化为铵盐和N2，实现脱硫脱硝。研究表明，100 ℃时，O3很难氧化SO2、NH3，NH3和NO基本不发生氧化还原反应(说明：进行下列研究时均控制反应器内温度为100 ℃、模拟烟气流速为2 L/min)。
(1) 臭氧预氧化：向反应器中通入仅含0.3‰ NO的模拟烟气和O3。实验测得出口处NO、NO2浓度随的变化曲线如图1所示。
　　　　　
图1　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2
①当<1时，反应器中发生的主要反应的化学方程式为 　。
②当>1时，出口处NO2浓度急剧下降的原因是　 　　。
(2) 喷氨：向反应器中通入仅含0.5‰ SO2的模拟烟气，同时按＝0.6通入NH3。在出口处测得NH3浓度降低65%、脱硫率为24%。随后再按＝1通入O3，此时出口处NH3浓度几乎为0，脱硫率提高至41%，反应器中检测到(NH4)2SO4和NH4HSO4固体。NH4HSO4的生成过程可描述为　 　 　 　 　 　 　　。
(3) O3-NH3协同脱硫脱硝：向反应器中通入含0.5‰ SO2、0.3‰ NO的模拟烟气。
①按＝1通入O3，硫、氮脱除率随的变化曲线如图2所示。随着NH3量的增多，硫、氮脱除率几乎同等程度地升高，但也存在明显不足，主要缺点是　 　 　 　 　 　　。
②按＝1通入NH3、>1通入O3，随着O3投入量的增多，脱硝效率增大，而脱硫效率却减小，其原因是　 　 　 　 　 　 　 　 　　。
3. (2025·苏锡常镇一调)工业脱硫是环境保护、促进社会可持续发展的重要课题。脱除工业烟气中的SO2有多种方法。
Ⅰ. 钠钙双碱法。钠钙双碱法吸收烟气中SO2的一种流程如图1所示，H2SO3、HSO、SO在水溶液中的物质的量分数随pH的分布如图2所示。
　　　　
　　　图1　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2
(1)“吸收”所得溶液的pH约为4.5时，SO2转化为　 　(填化学式)。“吸收”时控制溶液的pH略大于9，写出“再生”反应的化学方程式：　 　 　。
Ⅱ. 氧化、还原法。
(2)二氧化锰氧化。以软锰矿浆(主要成分为MnO2，杂质为Fe、Al等元素的氧化物)和烟气(含有SO2、O2等)为原料可制备MnSO4。向一定量软锰矿浆中匀速通入烟气，测得溶液中c(SO)、c(Mn2＋)与pH随反应时间的变化如图3所示。
①溶液中c(SO)的增加呈现由慢到快的趋势，其主要原因是　 　 　 　。
②向吸收后的混合溶液中滴加氨水，调节pH进行除杂。若溶液中c(Mn2＋)＝0.2 mol/L，欲使溶液中Fe3＋、Al3＋的浓度均小于1×10－6 mol/L，需控制的pH范围为　 　{室温下，Ksp[Al(OH)3]＝1×10－33，Ksp[Fe(OH)3]＝3×10－39，Ksp[Mn(OH)2]＝2×10－13}。
　　　　　　
　　　图3　　　　　　　　　　　　　　　　图4
(3)一氧化碳还原。反应原理为2CO(g)＋SO2(g)===2CO2(g)＋S(l)　ΔH＝－270 kJ/mol。其他条件相同，分别选取Fe2O3、NiO作上述反应的催化剂时，SO2的转化率随反应温度的变化如图4所示。
①与NiO相比，选择Fe2O3作催化剂的优点是　 　 　 　　。
②已知：硫的沸点约为445 ℃。反应温度高于445 ℃时，SO2的平衡转化率增大，其原因是　 　 　 　 　 　　。
Ⅲ. 光催化法。
(4)TiO2光催化。利用TiO2光催化剂在紫外线作用下产生的高活性自由基(·OH、·O)和h＋(h＋代表光生空穴，光生空穴有很强的得电子能力)，将烟气中的SO2氧化除去。TiO2光催化剂粒子表面产生·OH的机理如图5所示(图中部分产物略去)。TiO2光催化剂在紫外线作用下产生·OH的过程可描述为　 　 　 　 　 　 　　。
　图5
4. (2025·南京期末)研究脱除烟气中的NOx是环境保护、促进社会可持续发展的重要课题。回答下列问题：
(1)催化脱硝。
用CeO2催化脱除汽车尾气中的CO和NO。
①已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH1＝＋180 kJ/mol；CO的标准燃烧热ΔH2＝－283 kJ/mol。
则反应：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝　 　kJ/mol。
②CeO2催化脱硝的反应机理如图1所示。“过程①”部分Ce4＋转化成Ce3＋。当1 mol CeO2氧化标准状况下2.24 L CO时，生成的CeO(2－x)中n(Ce3＋)∶n(Ce4＋)＝　 　。　
图1
(2)络合吸收脱硝。
用FeSO4、Na2SO3混合液吸收烟气中NO，反应机理示意如下：
[NO络合]NO＋FeSO4Fe(NO)SO4
[Fe2＋再生]反应ⅰ　Fe(NO)SO4＋2Na2SO3＋2H2O===Fe(OH)3＋Na2SO4＋NH(SO3Na)2
反应ⅱ　Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
反应ⅲ　……
①从结构上分析FeSO4与NO成键络合的原理为　 　 　 　　。
②写出反应ⅲ的离子方程式：　 　 　。
③探究烟气中O2对吸收液脱除NO的影响。将一定比例O2、NO和N2的混合气体匀速通过装有吸收液的反应器。NO去除率、吸收液中Fe2＋浓度随时间的变化如图2所示。在5 min前后，NO去除率先上升后下降的原因是　 　 　 　 　 　　。
　　　　
图2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3
(3)电解氧化脱硝。
电解食盐水，利用生成的ClO－将废气中的NO氧化为NO。电解0.1 mol/L NaCl溶液，NO去除率、溶液中ClO－浓度与电流强度的关系如图3所示。当电流强度大于4 A时，随着电流强度的增大，NO去除率降低的可能原因是　 　 　 　 　 　　。
5. (2025·无锡期末)CO2的分离回收和资源化利用具有重要意义。
Ⅰ. CO2的分离回收
乙醇胺类水溶液对CO2气体具有优良的吸收性能。在20～40 ℃条件下，单乙醇胺(HOCH2CH2NH2)水溶液吸收CO2生成单乙醇氨基碳酸盐，升温至较高温度可实现吸收剂的再生。在吸收过程中，部分单乙醇胺会与CO2反应生成单乙醇氨基甲酸盐，对设备有强腐蚀性。N-甲基二乙醇胺[(CH3)N(CH2CH2OH)2]水溶液吸收CO2时，生成氨基碳酸氢盐，较低温度即可实现吸收剂再生。
(1)单乙醇胺水溶液吸收CO2生成单乙醇氨基碳酸盐的反应是　 　(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)利用20%单乙醇胺水溶液吸收CO2，测得高于40 ℃时，单乙醇胺水溶液吸收CO2的吸收率随温度升高呈现下降趋势，其主要原因是　 　 　。
(3)单乙醇胺与CO2反应生成单乙醇氨基甲酸盐，该过程分两步进行：
HOCH2CH2NH2XY(单乙醇氨基甲酸盐)
其中第①步反应类型为　加成反应　。
(4)与N-甲基二乙醇胺相比，单乙醇胺作为CO2吸收剂的缺点是　 　 　 　 　 　　。
Ⅱ. CO2的资源化利用
某研究团队使用Ni-Co/γ-Al2O3催化二氧化碳加氢制甲醇。
(5)反应选择性研究。将一定比例CO2和H2的混合气体匀速通过装有Ni-Co/γ-Al2O3催化剂的反应器，测得CO2的转化率和产物的选择性随流动时间的变化如图1所示，催化剂表面反应随流动时间的变化示意图如图2所示，甲醇选择性发生变化的原因是　 　 　 　 　 　　。
图1
图2
(6)反应机理研究。中间体*CHOOH转化为中间体*CHO是反应的决速步骤，表面氢或活性氢参与反应过程中的能量变化和部分中间体结构示意图分别如图3和图4所示。更有利于反应进行的氢为　 　(填“表面氢”或“活性氢”)，从结构和能量的视角分析其原因是　 　 　 　 　 　　。
图3
图4
6. (2025·南通三调)电解水制氢时，阳极析氧反应需较高电压，研究其反应机理并运用协同制氢的方法来降低能耗、提升产氢效率具有重要意义。
(1)以KOH为电解液，Pt作电极，阴极析氢反应可能经历两步。第二步反应为H2O＋e－＋*H===OH－＋H2↑(*H表示吸附态氢原子)。写出第一步的电极反应式：　 　　。
(2)碱性条件下阳极负载的催化剂表面可能的反应机理如图1所示。
　图1
①步骤3中M化合价　 　(填“升高”“降低”或“不变”)。
②M可能为　 　(填字母)。
A. Mg　　 B. Al　　
C. Ni　　 D. Cr
③电解过程中，若阴极有H2扩散到催化剂表面，可能会导致催化剂催化效率下降甚至失去活性，其原因是　 　 　 　。
(3)利用甘油协同制氢可降低电解时所需电压，节约制氢成本。
①在阳极区添加一定量的甘油，电解一段时间后，阳极得到含碳产物CH3OH、HCOO－的物质的量分别为0.03 mol、0.6 mol，理论上阴极产生H2的物质的量为　 　。
②用与分别进行电催化协同制氢。对电解后的含碳产物进行表征，所得的NMR(核磁共振氢谱)分别如图2、图3所示。
　　　
图2　　　　　　　　　　　　　　　图3
电催化协同制氢所得含碳产物有　 　　。
③电解时，若电压过大，甘油的转化率会降低，其原因是　 　　。
热练25　化学反应速率与化学平衡综合(一)
1. (2025·苏北四市一调)CO2的催化加氢反应可以产生多种高附加值产品，如甲醇、碳氢化合物等。
Ⅰ. 由CO2制碳氢化合物的过程如图1所示。
图1
(1)涉及部分反应：
ⅰ. CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋39.7 kJ/mol
ⅱ. CO(g)＋2H2(g)===—(CH2)—(g)＋H2O(g)　ΔH＝－164.7 kJ/mol
ⅲ. 2CO(g)＋H2(g)===—(CH2)—(g)＋CO2(g)　ΔH＝　－204.4　kJ/mol
(2)催化剂Ⅰ可使用铁基催化剂。
①方铁矿(Fe1－xO)可用作催化剂，当x＝0.05时，晶体中＝　8.5　。
②地球化学研究发现，地幔层(温度1 000～1 300 ℃)中磁铁矿与石墨矿会转化为方铁矿，该反应的化学方程式为　(1－x)Fe3O4＋(1－4x)C3Fe1－xO ＋(1－4x)CO　。
Ⅱ. 电催化CO2还原制备碳氢化合物，其装置原理如图2所示。
　　
图2　　　　　　　　　　　图3　　　　　　　　　　　　　图4
(3)电池工作过程中，阴极生成C3H6的电极反应式为　3CO2＋18H＋＋18e－===C3H6＋6H2O　。
(4)每转移2 mol电子，阳极室溶液质量减少　18　g。
Ⅲ. 将ZnZrOx附着在分子筛SSZ-13上，可催化CO、H2生成CH3OH及碳氢化合物，部分反应机理如图3所示。催化剂中、CO转化率、烃的选择性关系如图4所示。
(5)大于1后，CO转化率降低的可能原因为　Zr含量减少，吸附的CO量减少，CO转化率降低　。
(6)随增加，烯烃选择性减少，烷烃增加的可能原因为　随Zn的量增多，吸附H2的量增多，产生H＋、H－增多，与烯烃反应，使烷烃量增加，烯烃量减少　。
【解析】 Ⅰ. (1) 根据盖斯定律，ⅱ－ⅰ可得ⅲ，故反应ⅲ的ΔH＝(－164.7－39.7) kJ/mol＝－204.4 kJ/mol。(2) ①设化学式中Fe2＋、Fe3＋分别有m、n，则m＋n＝0.95,2m＋3n＝2，解得m＝0.85、n＝0.1，故＝＝8.5。Ⅱ. (3) 由图示看出，在阴极上CO2得电子可生成C3H6，电极反应式为3CO2＋18H＋＋18e－===C3H6＋6H2O。(4) 电池工作时，阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成的O2从溶液中逸出，生成的H＋通过质子交换膜进入阴极，故每转移2 mol电子，阳极室溶液质量减少18 g。Ⅲ. (5) 由图3看出，CO是被催化剂中Zr吸附，当Zr含量减少时，吸附的CO量减少，从而导致CO转化率降低。(6) 由图3看出，H2被催化剂中的Zn吸附，随着Zn的量增多，吸附H2的量增多，产生H＋、H－增多，与烯烃反应，使烷烃量增加，烯烃量减少。
2. (2025·徐州调研)炼钢厂排放的烧结烟气中主要含SO2、NO、N2、O2和水蒸气。臭氧(O3)预氧化协同喷氨(NH3)技术可将烟气中的污染物转化为铵盐和N2，实现脱硫脱硝。研究表明，100 ℃时，O3很难氧化SO2、NH3，NH3和NO基本不发生氧化还原反应(说明：进行下列研究时均控制反应器内温度为100 ℃、模拟烟气流速为2 L/min)。
(1) 臭氧预氧化：向反应器中通入仅含0.3‰ NO的模拟烟气和O3。实验测得出口处NO、NO2浓度随的变化曲线如图1所示。
　　　　　
图1　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2
①当<1时，反应器中发生的主要反应的化学方程式为　O3＋NOO2＋NO2　。
②当>1时，出口处NO2浓度急剧下降的原因是　O3将NO2氧化成更高价氮氧化物　。
(2) 喷氨：向反应器中通入仅含0.5‰ SO2的模拟烟气，同时按＝0.6通入NH3。在出口处测得NH3浓度降低65%、脱硫率为24%。随后再按＝1通入O3，此时出口处NH3浓度几乎为0，脱硫率提高至41%，反应器中检测到(NH4)2SO4和NH4HSO4固体。NH4HSO4的生成过程可描述为　模拟烟气中的SO2、水蒸气先与NH3反应生成NH4HSO3(NH4HSO3热稳定性差，易分解，使得脱硫率不高)；通入O3后，NH4HSO3被O3氧化成较稳定的NH4HSO4(促进上一步NH4HSO3的生成，从而提高脱硫率)　。
(3) O3-NH3协同脱硫脱硝：向反应器中通入含0.5‰ SO2、0.3‰ NO的模拟烟气。
①按＝1通入O3，硫、氮脱除率随的变化曲线如图2所示。随着NH3量的增多，硫、氮脱除率几乎同等程度地升高，但也存在明显不足，主要缺点是　过量太多的氨气对提高硫、氮脱除率的影响不大，同时产生大量氨气尾气，既浪费原料，也带来新的污染　。
②按＝1通入NH3、>1通入O3，随着O3投入量的增多，脱硝效率增大，而脱硫效率却减小，其原因是　>1时，O3将NO氧化为N2O5，此时NH3对N2O5的脱硝反应优先于O3-NH3协同脱硫反应(脱硝速率大于脱硫速率)，因此通入的O3量越多，生成的N2O5越多，脱硝效率越大；同时由于通入的NH3量一定，N2O5对NH3的消耗进一步限制了NH3与SO2反应的进行，使得脱硫效率减小　。
【解析】 (1)①当<1时NO主要转化为二氧化氮，则反应器中发生的主要反应的化学方程式为O3＋NOO2＋NO2。②当>1时，由于O3具有强氧化性，可以将NO2氧化成更高价氮氧化物，因此出口处NO2浓度急剧下降。
3. (2025·苏锡常镇一调)工业脱硫是环境保护、促进社会可持续发展的重要课题。脱除工业烟气中的SO2有多种方法。
Ⅰ. 钠钙双碱法。钠钙双碱法吸收烟气中SO2的一种流程如图1所示，H2SO3、HSO、SO在水溶液中的物质的量分数随pH的分布如图2所示。
　　　　
　　　图1　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2
(1)“吸收”所得溶液的pH约为4.5时，SO2转化为　NaHSO3　(填化学式)。“吸收”时控制溶液的pH略大于9，写出“再生”反应的化学方程式：　Ca(OH)2＋Na2SO3===CaSO3↓＋2NaOH　。
Ⅱ. 氧化、还原法。
(2)二氧化锰氧化。以软锰矿浆(主要成分为MnO2，杂质为Fe、Al等元素的氧化物)和烟气(含有SO2、O2等)为原料可制备MnSO4。向一定量软锰矿浆中匀速通入烟气，测得溶液中c(SO)、c(Mn2＋)与pH随反应时间的变化如图3所示。
①溶液中c(SO)的增加呈现由慢到快的趋势，其主要原因是　生成的Mn2＋催化O2氧化SO2生成H2SO4的反应　。
②向吸收后的混合溶液中滴加氨水，调节pH进行除杂。若溶液中c(Mn2＋)＝0.2 mol/L，欲使溶液中Fe3＋、Al3＋的浓度均小于1×10－6 mol/L，需控制的pH范围为　5　　　　　　
　　　图3　　　　　　　　　　　　　　　　图4
(3)一氧化碳还原。反应原理为2CO(g)＋SO2(g)===2CO2(g)＋S(l)　ΔH＝－270 kJ/mol。其他条件相同，分别选取Fe2O3、NiO作上述反应的催化剂时，SO2的转化率随反应温度的变化如图4所示。
①与NiO相比，选择Fe2O3作催化剂的优点是　在相对较低温度可获得较高SO2的转化率，从而节约大量能源　。
②已知：硫的沸点约为445 ℃。反应温度高于445 ℃时，SO2的平衡转化率增大，其原因是　当温度高于445 ℃后，硫变成气态，其过程需要吸热，使反应变为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，SO2的平衡转化率升高　。
Ⅲ. 光催化法。
(4)TiO2光催化。利用TiO2光催化剂在紫外线作用下产生的高活性自由基(·OH、·O)和h＋(h＋代表光生空穴，光生空穴有很强的得电子能力)，将烟气中的SO2氧化除去。TiO2光催化剂粒子表面产生·OH的机理如图5所示(图中部分产物略去)。TiO2光催化剂在紫外线作用下产生·OH的过程可描述为　催化剂在紫外线的作用下将电子激发到CB端，而在VB端留下空穴；氧气在CB端得电子生成·O，·O结合H2O生成H2O2，H2O2在CB端生成·OH；H2O和OH－进入VB端的空位生成·OH　。
　图5
【解析】 (1)由图2可看出，在pH为4.5时S元素主要以HSO形式存在；在pH略大于9时，S元素主要以SO形式存在，故“吸收”后的溶液为Na2SO3溶液。(2)②结合三种难溶物的溶度积可知，Mn2＋刚开始沉淀时，溶液中c(OH－)＝＝ mol/L＝10－6 mol/L，此时溶液pH＝8，当溶液中Fe3＋沉淀完全时溶液中c(OH－)＝＝ mol/L≈10－11 mol/L，此时溶液pH≈3，同理当溶液中Al3＋沉淀完全时溶液中c(OH－)＝＝ mol/L＝10－9 mol/L，此时溶液pH＝5，故需要控制的pH范围为54. (2025·南京期末)研究脱除烟气中的NOx是环境保护、促进社会可持续发展的重要课题。回答下列问题：
(1)催化脱硝。
用CeO2催化脱除汽车尾气中的CO和NO。
①已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH1＝＋180 kJ/mol；CO的标准燃烧热ΔH2＝－283 kJ/mol。
则反应：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝　－746　kJ/mol。
②CeO2催化脱硝的反应机理如图1所示。“过程①”部分Ce4＋转化成Ce3＋。当1 mol CeO2氧化标准状况下2.24 L CO时，生成的CeO(2－x)中n(Ce3＋)∶n(Ce4＋)＝　1∶4　。　
图1
(2)络合吸收脱硝。
用FeSO4、Na2SO3混合液吸收烟气中NO，反应机理示意如下：
[NO络合]NO＋FeSO4Fe(NO)SO4
[Fe2＋再生]反应ⅰ　Fe(NO)SO4＋2Na2SO3＋2H2O===Fe(OH)3＋Na2SO4＋NH(SO3Na)2
反应ⅱ　Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O
反应ⅲ　……
①从结构上分析FeSO4与NO成键络合的原理为　Fe2＋提供空轨道，NO提供孤电子对，形成含配位键的配合物　。
②写出反应ⅲ的离子方程式：　2Fe3＋＋SO＋H2O===2Fe2＋＋SO＋2H＋　。
③探究烟气中O2对吸收液脱除NO的影响。将一定比例O2、NO和N2的混合气体匀速通过装有吸收液的反应器。NO去除率、吸收液中Fe2＋浓度随时间的变化如图2所示。在5 min前后，NO去除率先上升后下降的原因是　5 min前，O2氧化NO生成NO2，被水吸收，NO去除率上升；5 min后，O2氧化Fe2＋生成不能与NO配合的Fe3＋，使Fe2＋浓度减小，NO去除率下降　。
　　　　
图2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3
(3)电解氧化脱硝。
电解食盐水，利用生成的ClO－将废气中的NO氧化为NO。电解0.1 mol/L NaCl溶液，NO去除率、溶液中ClO－浓度与电流强度的关系如图3所示。当电流强度大于4 A时，随着电流强度的增大，NO去除率降低的可能原因是　当电流强度大于4 A时，随着电流强度的增大，Cl－放电生成了更高价态的酸根离子(或OH－参加放电)，溶液中ClO－浓度减小，NO的去除率降低　。
【解析】 (1) ①由CO的标准燃烧热可得热化学方程式：2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH2＝－566 kJ/mol，根据盖斯定律，ΔH＝ΔH2－ΔH1＝－746 kJ/mol。②当氧化标准状况下2.24 L CO时转移0.2 mol电子，故被还原得到的Ce3＋为0.2 mol，剩余的Ce4＋为0.8 mol，二者物质的量之比为1∶4。(2) ③由图示看出，在5 min前c(Fe2＋)保持不变，但NO的去除率在增大，故在该时间段内是O2将NO氧化生成NO2，被水吸收；5 min后，c(Fe2＋)降低，是因为O2将Fe2＋氧化成不能与NO配合的Fe3＋，使Fe2＋浓度减小，从而导致NO去除率下降。(3) 由图示看出，当电流强度大于4 A时，溶液中ClO－浓度减小，NO的去除率降低，说明随着电流强度的增大，电极上生成的ClO－浓度减小，可能是因为Cl－放电生成了更高价态的酸根离子，也可能是OH－参加放电，而导致Cl－放电减少。
5. (2025·无锡期末)CO2的分离回收和资源化利用具有重要意义。
Ⅰ. CO2的分离回收
乙醇胺类水溶液对CO2气体具有优良的吸收性能。在20～40 ℃条件下，单乙醇胺(HOCH2CH2NH2)水溶液吸收CO2生成单乙醇氨基碳酸盐，升温至较高温度可实现吸收剂的再生。在吸收过程中，部分单乙醇胺会与CO2反应生成单乙醇氨基甲酸盐，对设备有强腐蚀性。N-甲基二乙醇胺[(CH3)N(CH2CH2OH)2]水溶液吸收CO2时，生成氨基碳酸氢盐，较低温度即可实现吸收剂再生。
(1)单乙醇胺水溶液吸收CO2生成单乙醇氨基碳酸盐的反应是　放热　(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)利用20%单乙醇胺水溶液吸收CO2，测得高于40 ℃时，单乙醇胺水溶液吸收CO2的吸收率随温度升高呈现下降趋势，其主要原因是　温度升高，CO2溶解度下降，同时单乙醇氨基碳酸盐发生分解　。
(3)单乙醇胺与CO2反应生成单乙醇氨基甲酸盐，该过程分两步进行：
HOCH2CH2NH2XY(单乙醇氨基甲酸盐)
其中第①步反应类型为　加成反应　。
(4)与N-甲基二乙醇胺相比，单乙醇胺作为CO2吸收剂的缺点是　单乙醇胺水溶液吸收CO2生成稳定性强的碳酸盐，吸收液再生能耗大；副产物单乙醇氨基甲酸盐对设备有强腐蚀性　。
Ⅱ. CO2的资源化利用
某研究团队使用Ni-Co/γ-Al2O3催化二氧化碳加氢制甲醇。
(5)反应选择性研究。将一定比例CO2和H2的混合气体匀速通过装有Ni-Co/γ-Al2O3催化剂的反应器，测得CO2的转化率和产物的选择性随流动时间的变化如图1所示，催化剂表面反应随流动时间的变化示意图如图2所示，甲醇选择性发生变化的原因是　随着流动时间增加，催化剂表面NiOx增多，有利于CO2选择性生成CO，不利于CO2选择性生成CH3OH　。
图1
图2
(6)反应机理研究。中间体*CHOOH转化为中间体*CHO是反应的决速步骤，表面氢或活性氢参与反应过程中的能量变化和部分中间体结构示意图分别如图3和图4所示。更有利于反应进行的氢为　活性氢　(填“表面氢”或“活性氢”)，从结构和能量的视角分析其原因是　表面氢与金属原子之间存在作用力，且表面氢结合氧原子的方向阻力大，二者共同导致表面氢参与的反应活化能高，反应速率慢　。
图3
图4
【解析】 (1) 结合题干中“升温至较高温度可实现吸收剂的再生”可知生成单乙醇氨基碳酸盐的反应为放热反应。(2) 升高温度，CO2溶解度下降，同时单乙醇氨基碳酸盐在温度升高时会发生分解，故CO2的吸收率下降。(3) 单乙醇胺与CO2发生加成反应生成HOCH2CH2NHCOOH，再与单乙醇胺发生酸碱中和生成单乙醇氨基甲酸盐。(4) 单乙醇胺水溶液吸收CO2生成稳定性强的碳酸盐，吸收液再生能耗大；副产物单乙醇氨基甲酸盐对设备有强腐蚀性。(5) 由图2可知，随着流动时间增加，催化剂表面NiOx增多，有利于提高CO2生成CO的选择性，不利于提高生成CH3OH的选择性。
6. (2025·南通三调)电解水制氢时，阳极析氧反应需较高电压，研究其反应机理并运用协同制氢的方法来降低能耗、提升产氢效率具有重要意义。
(1)以KOH为电解液，Pt作电极，阴极析氢反应可能经历两步。第二步反应为H2O＋e－＋*H===OH－＋H2↑(*H表示吸附态氢原子)。写出第一步的电极反应式：　H2O＋e－===*H＋OH－　。
(2)碱性条件下阳极负载的催化剂表面可能的反应机理如图1所示。
　图1
①步骤3中M化合价　不变　(填“升高”“降低”或“不变”)。
②M可能为　CD　(填字母)。
A. Mg　　 B. Al　　
C. Ni　　 D. Cr
③电解过程中，若阴极有H2扩散到催化剂表面，可能会导致催化剂催化效率下降甚至失去活性，其原因是　H2将金属氧化物还原为金属单质，改变了催化剂结构，催化活性下降　。
(3)利用甘油协同制氢可降低电解时所需电压，节约制氢成本。
①在阳极区添加一定量的甘油，电解一段时间后，阳极得到含碳产物CH3OH、HCOO－的物质的量分别为0.03 mol、0.6 mol，理论上阴极产生H2的物质的量为　0.78 mol　。
②用与分别进行电催化协同制氢。对电解后的含碳产物进行表征，所得的NMR(核磁共振氢谱)分别如图2、图3所示。
　　　
图2　　　　　　　　　　　　　　　图3
电催化协同制氢所得含碳产物有　CH3OH、13CH3OH、H13COO－、HCOO－　。
③电解时，若电压过大，甘油的转化率会降低，其原因是　电压过大时，水和甘油在阳极催化剂表面竞争放电　。
【解析】 (1) 碱性条件下电解水的阴极发生的总反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，第二步为H2O＋e－＋*H===OH－＋H2↑，总反应减去第二步反应式可得第一步反应。(2) ②在转化过程中M需呈现不同价态，且M—O存在配位键，M能提供空轨道，在元素周期表的过渡金属区域寻找催化剂，故符合条件的是Ni和 Cr。③H2具有还原性，能将M—O氧化物还原为M，使催化剂组成和结构发生改变，降低了催化剂的活性。(3) ①甘油在阳极区发生歧化反应生成0.03 mol CH3OH(碳元素化合价为－2)和0.6 mol HCOO－(碳元素化合价为＋2)，得电子数为0.03 mol×＝0.03 mol×＝0.04 mol，失电子数为0.6 mol×＝0.6 mol×＝1.6 mol，阴极水得到2 mol电子生成1 mol H2，根据得失电子守恒：0.04 mol＋n(H2)×2＝1.6 mol，n(H2)＝0.78 mol。②由题干图像可知，化学位移48.1 ppm处有CH3OH，说明CH3OH来源于伯碳，因此可以生成CH3OH、13CH3OH、H13COO－、HCOO－四种微粒。③电压过大时，H2O在阳极失去电子生成O2和*H，与甘油竞争放电，从而导致甘油的转化率降低。

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