Question

【題目】大氣中CO2含量的增加會(huì)加劇溫室效應(yīng),秉承“低碳環(huán)保,綠色出行”的生活理念,CO2的綜合利用也成為熱門研究領(lǐng)域。

I.CO2可用于生產(chǎn)乙烯。

(1)依據(jù)圖1寫出CO2和H2生成C2H4和H2O(l)的熱化學(xué)方程式________。

(2)以稀硫酸作電解質(zhì)溶液，利用電解法將CO2轉(zhuǎn)化為乙烯的裝置如圖2所示。M電極的電極反應(yīng)式為_____，工作一段時(shí)間后，陽(yáng)極室中溶液的pH_____(填“增大”“不變”或“減小”)。

Ⅱ.CO2與H2在一定條件下可生產(chǎn)二甲醚:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)Δ H<0

(3)在2.0L恒容密閉容器中,加入2.0molCO2和6.0molH2,恒溫條件下經(jīng)過(guò)5min達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)的壓強(qiáng)是起始?jí)簭?qiáng)的2/3

①0~5min內(nèi)反應(yīng)的平均速率v(H2)=____,此溫度下的平衡常數(shù)K=______.

②平衡常數(shù)K(800K)______K(900K)(填“>”“=”或“<”)

(4)分別以Cat.1和Cat.2作催化劑發(fā)生該反應(yīng),反應(yīng)進(jìn)行相同的時(shí)間后,測(cè)得CO2的轉(zhuǎn)化率a(CO2)隨反應(yīng)溫度T的變化情況如圖3所示(忽略溫度對(duì)催化劑活性的影響)。

①該反應(yīng)的活化能Ea(Cat.1)________Ea(Cat.2)(填“>”或“<”)。

②a、b、c、d、e五個(gè)狀態(tài)中一定是平衡狀態(tài)的是_______(填字母)。

Answer 1

【答案】 2CO2(g)+6H2(g) == C2H4(g)+4H2O(l) ΔH = -303.8 kJ/mol 2CO2 +12H+ +12e == C2H4 +4H2O 減小 0.4mol/(Lmin) 3.0 L4/mol4 > < d、e

【解析】I.（1）依據(jù)圖1，分別寫出熱化學(xué)方程式：① C2H4(g)+3O2(g)==2CO2(g)+4H2O(l) ΔH = -1411.0 kJ/mol；②2H2(g)+O2(g)==2H2O(l) ΔH = -571.6 kJ/mol；根據(jù)蓋斯定律，②×3-①得

2CO2(g)+6H2(g) == C2H4(g)+4H2O(l) ΔH = -303.8 kJ/mol 。故本題答案為：2CO2(g)+6H2(g) == C2H4(g)+4H2O(l) ΔH = -303.8 kJ/mol 。

CO2轉(zhuǎn)化為乙烯，碳元素化合價(jià)降低，得電子被還原，發(fā)生還原反應(yīng)。所以M電極的電極反應(yīng)式為2CO2 +12H+ +12e == C2H4 +4H2O；因?yàn)殛?yáng)極的電極反應(yīng)為2H2O-4e-=O2↑+4H+,氫離子濃度增加，所以工作一段時(shí)間后，陽(yáng)極室中溶液的pH減小。

Ⅱ.(3)設(shè)容器中轉(zhuǎn)化的CO2的濃度為2x，

2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)

起始濃度（mol/L） 1 3 0 0

變化濃度（mol/L） 2x 6x x 3x

平衡濃度（mol/L） 1-2x 3-6x x 3x

依據(jù)題意，有（1-2x+3-6x+x+3x)/(1+3)=2/3，解得，x=1/3；

①0~5min內(nèi)反應(yīng)的平均速率v(H2)= =0.4mol/(Lmin),

此溫度下的平衡常數(shù)K=c(CH3OCH3)·c3(H2O)/c2(CO2)·c6(H2)= L4/mol4 =3.0 L4/mol4

②因?yàn)檎�反�?yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，所以平衡常數(shù)K(800K)>K(900K)；

（4）①?gòu)膱D3a,b點(diǎn)數(shù)值可知，Cat.1催化效率更高，反應(yīng)更快，活化能更低，所以活化能Ea(Cat.1)<Ea(Cat.2)；

②因?yàn)榇呋瘎┲荒芨淖兎磻?yīng)速率，不能使平衡發(fā)生移動(dòng)，最終達(dá)到平衡時(shí)二氧化碳轉(zhuǎn)化率應(yīng)相同，所以a、b、c、d、e五個(gè)狀態(tài)中一定是平衡狀態(tài)只有d、e兩點(diǎn)。