Question

【題目】CO2是目前大氣中含量最高的一種溫室氣體，中國(guó)政府承諾，到2020年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%。CO2的綜合利用是解決溫室問(wèn)題的有效途徑。

（1）研究表明CO2和H2在催化劑存在下可發(fā)生反應(yīng)生成CH3OH。己知部分反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：

CH3OH(g)+ O2(g) ＝CO2(g)+2H2O（1） △H1=akJmol-1

H2(g)+O2(g) ＝H2O（1） △H2=bkJmol-1

H2O(g) ＝ H2O(l) △H3=ckJmol-1

則 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=__________kJmol-1

（2）為研究CO2與CO之間的轉(zhuǎn)化，讓一定量的CO2與足量碳在體積可變的密閉容器中反應(yīng)：C(s)＋CO2(g)2CO(g) H，反應(yīng)達(dá)平衡后，測(cè)得壓強(qiáng)、溫度對(duì)CO的體積分?jǐn)?shù)(φ(CO)％)的影響如圖所示。

回答下列問(wèn)題：

①壓強(qiáng)p1、p2、p3的大小關(guān)系是________；Ka 、 Kb 、 Kc 為a、b、c三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)，則其大小關(guān)系是_________。

②900℃、1.0 MPa時(shí)，足量碳與a molCO2反應(yīng)達(dá)平衡后，CO2的轉(zhuǎn)化率為___________ (保留三位有效數(shù)字)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝_________（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）。

（3）① 以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4 為催化劑，可以將CO2 和CH4 直接轉(zhuǎn)化成乙酸，CO2(g)+CH4(g)CH3COOH(g)。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如右圖所示。250～300 ℃時(shí)，乙酸的生成速率降低的主要原因是_____________； 300～400℃時(shí)，乙酸的生成速率升高的主要原因是___________。

② 為了提高該反應(yīng)中CO2的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是_____（寫(xiě)一條即可）。

（4）以鉛蓄電池為電源可將CO2轉(zhuǎn)化為乙烯，其原理如圖所示，電解所用電極材料均為惰性電極。陰極上的電極反應(yīng)式為___________；每生成0.5mol乙烯，理論上需消耗鉛蓄電池中_____mol硫酸。

Answer 1

【答案】(3b-a-c ) p1＜p2＜p3 Ka＝Kb＜Kc 66.7% （或0.667） 3.2 MPa 催化劑的催化效率降低 溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快 增大反應(yīng)體系壓強(qiáng)或增大CH4的濃度或?qū)⒁宜嵋夯�分離出來(lái) 2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O 6

【解析】

本題需要根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算△H，且根據(jù)三段式進(jìn)行分析計(jì)算，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比。根據(jù)圖像分析出反應(yīng)C(s)＋CO2(g)2CO(g)減小壓強(qiáng)反應(yīng)向正方向進(jìn)行，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，H＞0。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率，溫度超過(guò)250℃時(shí)，催化劑的催化效率降低，在300℃時(shí)失去活性，所以溫度高于300℃時(shí)，乙酸的生成速率升高是由溫度升高導(dǎo)致的，根據(jù)此分析進(jìn)行解答。

（1）已知①CH3OH(g)+ O2(g) ＝CO2(g)+2H2O（1） △H1=akJmol-1

②H2(g)+O2(g) ＝H2O（1） △H2=bkJmol-1

③H2O(g) ＝ H2O(l) △H3=ckJmol-1

則根據(jù)蓋斯定律，由3②-①-③可得到 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，故△H= (3b-a-c ) kJmol-1。

故答案為(3b-a-c )

（2）①對(duì)于反應(yīng)C(s)＋CO2(g)2CO(g)減小壓強(qiáng)反應(yīng)向正方向進(jìn)行，由圖可知相同溫度時(shí)P1時(shí)的CO體積分?jǐn)?shù)大于P2大于P3 故p1＜p2＜p3，相同壓強(qiáng)時(shí)比較溫度對(duì)反應(yīng)的影響，同一壓強(qiáng)下增大溫度，CO的體積分?jǐn)?shù)會(huì)增大，故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，H＞0，平衡常數(shù)只受反應(yīng)溫度影響，故在700℃下，Ka＝Kb，c點(diǎn)的溫度高于a點(diǎn)和b點(diǎn)，溫度升高反應(yīng)正向進(jìn)行故Ka＝Kb＜Kc。

②若起始?jí)簭?qiáng)為P0，達(dá)到平衡轉(zhuǎn)化率為α，

C(s)＋CO2(g)2CO(g)

起始（mol） a 0

變化（mol） m 2m

平衡（mol） a-m 2m

故，，故CO2的轉(zhuǎn)化率為≈66.7% （或0.667）。

壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝

故答案為 p1＜p2＜p3 Ka＝Kb＜Kc 66.7% （或0.667） 3.2 MPa

（3）①如圖為不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關(guān)系，溫度超過(guò)250℃時(shí)，催化劑的催化效率降低，在300℃時(shí)失去活性，所以溫度高于300℃時(shí)，乙酸的生成速率升高是由溫度升高導(dǎo)致的。

②為了提高該反應(yīng)中CO2的轉(zhuǎn)化率即使反應(yīng)正向進(jìn)行，可以增大壓強(qiáng)或增大CH4的濃度或?qū)⒁宜嵋夯�分離出來(lái)。

故答案為 催化劑的催化效率降低 . 溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快 增大反應(yīng)體系壓強(qiáng)或增大CH4的濃度或?qū)⒁宜嵋夯�分離出來(lái)

（4）電解時(shí)，陰極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式是2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O。每生成0.5mol乙烯，消耗12molH+，故消耗6mol硫酸。

故答案為 催化劑的催化效率降低 . 溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快 增大反應(yīng)體系壓強(qiáng)或增大CH4的濃度或?qū)⒁宜嵋夯�分離出來(lái)

故答案為 2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O 6