Question

【題目】CO2回收資源化利用是環(huán)保領(lǐng)域研宄的熱點(diǎn)課題，

(1)在FeO催化下，以CO2為原料制取炭黑(C)的太陽(yáng)能工藝如圖1所示。

己知：①過(guò)程1生成lmolC(s)的反應(yīng)熱為△H1。

②過(guò)程2反應(yīng)：Fe3O4(s)3FeO(s)+l/2O2(g) △H2。

上述以CO2為原料制取炭黑總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為____________，若該反應(yīng)的△S<0，請(qǐng)判斷

該反應(yīng)是否為自發(fā)反應(yīng)并說(shuō)明理由___________________。

(2)以CO2為原料可以催化加氫合成低碳烯烴，利用CO2合成乙烯的反應(yīng)方程式為：2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g) △H3。在常壓下，以 FeCoMnK/BeO 作催化劑，按n(CO2)： n(H2)=l：3(總物質(zhì)的量為4amol)的投料比充入密閉容器中發(fā)生反應(yīng)。測(cè)得溫度對(duì)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和催化劑催化效率影響情況如圖2所示。

①下列說(shuō)法不正確的是______________。

A. △H3<0；平衡常數(shù)：KM >KN

B.增加原催化劑的表面積，對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率無(wú)影響

C.生成乙烯的速率：v(M)有可能小于v(N)

D.若投料比改為n(CO2)：n(H2)=1：2，可以提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率

E.若投料比不變，溫度越低，反應(yīng)一定時(shí)間后CO2的轉(zhuǎn)化率越高

②250℃下，上述反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)容器體積為VL，則此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)為___________(用含a、V的代數(shù)式表示）。

③某溫度下，n(C2H4)隨時(shí)間(t)的變化趨勢(shì)曲線如圖3所示。其它條件相同時(shí)，若容器的體積為其一半，畫出0～t1時(shí)刻n(C2H4)隨時(shí)間(t)的變化趨勢(shì)曲線。______

(3)以稀硫酸為電解質(zhì)溶液，利用太陽(yáng)能可將CO2電解轉(zhuǎn)化為低碳烯烴，則電解生成丙烯時(shí)，陰極的電極反應(yīng)為______________。

Answer 1

【答案】 CO2(g)=C(s)+O2(g) ΔH1+2ΔH2 該反應(yīng)為非自發(fā)反應(yīng)，因?yàn)樵摲磻?yīng)的ΔH>0，ΔS<0 DE K=V3/1.56a3或Kp=[3.253/1000×1.56] MPa-3 3CO2+18e-+18H+＝CH2=CH-CH3+6H2O

【解析】試題分析：(1).①過(guò)程1生成lmolC(s)的反應(yīng)熱為△H1，可知過(guò)程1的熱化學(xué)方程式為 △H1 ；②過(guò)程2反應(yīng)：Fe3O4(s)3FeO(s)+l/2O2(g) △H2 ；根據(jù)蓋斯定律計(jì)算以CO2為原料制取炭黑總反應(yīng)的焓變。根據(jù)反應(yīng)方向判據(jù)分析反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行；(2) ①根據(jù)圖2可知，隨溫度升高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率減小，即升高溫度平衡逆向移動(dòng)，；催化劑對(duì)平衡移動(dòng)無(wú)影響；根據(jù)圖2可知，M點(diǎn)催化劑的催化效率大于N點(diǎn)；增大氫氣的比例，可以提高CO2的轉(zhuǎn)化率越。溫度越低，反應(yīng)速率越小；②根據(jù)圖2可知，250℃下，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，根據(jù) “三段式”計(jì)算平衡常數(shù)；③其它條件相同時(shí)，若容器的體積為其一半，壓強(qiáng)增大反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡用的時(shí)間減少，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，乙烯的平衡物質(zhì)的量增大。(3)利用太陽(yáng)能將CO2電解轉(zhuǎn)化為低碳烯烴，陰極是二氧化碳得電子生成乙烯。

解析：(1).①過(guò)程1生成lmolC(s)的反應(yīng)熱為△H1，可知過(guò)程1的熱化學(xué)方程式為 △H1 ；②過(guò)程2反應(yīng)：Fe3O4(s)3FeO(s)+l/2O2(g) △H2 ；根據(jù)蓋斯定律①+2×②，得CO2(g)=C(s)+O2(g) ΔH1+2ΔH2。該反應(yīng)的ΔH>0，ΔS<0， ,所以該反應(yīng)為非自發(fā)反應(yīng)；

(2) ①根據(jù)圖2可知，隨溫度升高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率減小，即升高溫度平衡逆向移動(dòng)，所以△H3<0；平衡常數(shù)：KM >KN，故A正確；催化劑對(duì)平衡移動(dòng)無(wú)影響，故B正確；；根據(jù)圖2可知，M點(diǎn)催化劑的催化效率大于N點(diǎn)，M點(diǎn)的溫度低于M點(diǎn)，所以v(M)有可能小于v(N)，故C正確；增大氫氣的比例，可以提高CO2的轉(zhuǎn)化率越，若投料比改為n(CO2)：n(H2)=1：2，可以降低CO2的平衡轉(zhuǎn)化率，故D錯(cuò)誤。溫度越低，反應(yīng)速率越慢，反應(yīng)一定時(shí)間后CO2的轉(zhuǎn)化率可能較低，故E錯(cuò)誤。②根據(jù)圖2可知，250℃下，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，

V3/1.56a3 。

③其它條件相同時(shí)，若容器的體積為其一半，壓強(qiáng)增大反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡用的時(shí)間減少，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，乙烯的平衡物質(zhì)的量增大，圖像為。

(3)利用太陽(yáng)能將CO2電解轉(zhuǎn)化為低碳烯烴，陰極是二氧化碳得電子生成乙烯，陰極的電極反應(yīng)為3CO2+18e-+18H+＝CH2=CH-CH3+6H2O。