Question

【題目】二氧化碳的捕集、利用與封存是我國能源領域的一個重要戰(zhàn)略方向，發(fā)展成一項重要的新興產業(yè)。

（1）已知：CH4、CO、H2的燃燒熱分別為890KJ/mol、283KJ/mol、285.8KJ/mol，計算下列反應的反應熱。CH4(g)+2CO2(g)=CO(g)+2H2(g) ΔH=_________kJ/mol

（2）二氧化碳催化加氫合成低碳烯烴，起始時以0.1MPa，n(H2)：n(CO2)=3：1的投料比充入反應器中，發(fā)生反應：2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g)△H。

①溫度對CO2的平衡轉化率和催化效率的影響如圖所示。

圖中M點時，乙烯的體積分數(shù)為_________（保留2位有效數(shù)字）；為提高CO2的平衡轉化率，出改變溫度外，還可采取的措施有__________、________。（任寫兩條）；

②不同溫度下平衡時的四種氣態(tài)物質的物質的量如圖所示：

b曲線代表的物質是______ ；T1溫度下的平衡轉化率為_______，相對于起始狀態(tài)，平衡時氣體的平均分子量增大的百分率為______（保留三維有效數(shù)字）。

（3）電解法制取乙烯如圖所示。其中電極a接電源的_______極，該電解反應式________。

Answer 1

【答案】 +247.6 7.7%（或0.077） 增大壓強 或提高氫氣和二氧化碳物質的量的比值，或將產物乙烯氣體分離出來等 H2O(g) 50% 23.1% 負極 2CO2＋12H+＋12e＝CH2＝CH2＋4H2O

【解析】（1）根據CH4、H2、和CO的燃燒熱分別寫出燃燒的熱化學方程式：

①O2（g）+2H2（g）=2H2O（l）△H1=-571.6kJ/mol；

②CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H2=-890kJ/mol；

③2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H3=-566kJ/mol；

利用蓋斯定律將②-①-③可得：CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）；△H=△H2-△H1-△H3=+247.6 kJ/mol；

（2）①設H2的物質的量為3nmol，則CO2的物質的量為nmol，從圖看出M點時CO2的轉化率為50﹪，則有：

6H2（g）＋2CO2（g） CH2＝CH2（g）＋4H2O（g）

n（起始）/mol 3n n 0 0

n（變化）/mol 1.5n 0.5n 0.25n n

n（M點）/mol 1.5n 0.5n 0.25n n

乙烯的體積分數(shù)為： =0.077=7.7%；提高CO2的平衡轉化率就是使平衡向正向移動，措施還有：增大壓強、增大n(H2)：n(CO2)的比值、增加c(H2)、將產物乙烯氣體分離出來等；②由圖1可知，溫度升高，二氧化碳的平衡轉化率降低，則正反應為放熱反應，圖2表示的是不同溫度下平衡時的四種氣態(tài)物質的物質的量隨溫度的升高而變化，b曲線隨溫度的升高物質的量減少，則為生成物，且變化趨勢大，應該是化學計量數(shù)大的H2O，即代表的物質是H2O；根據圖中可知，起始時以氫氣和二氧化碳投料，T1時n(H2)=6mol，n(H2O)=4mol，則開始投料時n(H2)=6mol+6mol=12mol，轉化率為；

6H2（g）＋2CO2（g） CH2＝CH2（g）＋4H2O（g）

n（起始）/mol 12 4 0 0

n（變化）/mol 6 2 1 4

n（T1點）/mol 6 2 1 4

平衡時氣體的平均分子量與氣體的物質的量成反比，則增大的百分率為；（3）根據圖中信息可知，電極a處二氧化碳得電子產生乙烯，做為陰極，接電源的負極，該電解反應式為：2CO2＋12H+＋12e＝CH2＝CH2＋4H2O。