Question

【題目】含碳化合物在生產(chǎn)生活中廣泛存在，Andren Dasic等提出在M+的作用下以N2O為氧化劑可以氧化乙烯生成乙醛，催化體系氧化還原循環(huán)如圖所示，請回答下列問題。

(1)已知N2O(g)+M+(s)=N2(g)+MO+(s) ΔH1=+678kJ·mol-1

MO+(s)+C2H4(g)=C2H4O(g)+M+(s) ΔH2=-283kJ·mol-1

請寫出在M+的作用下以N2O為氧化劑氧化乙烯生成乙醛的熱化學(xué)方程式：_________

(2)已知在含少量的I2溶液中，反應(yīng)CH3CHO (aq)CH4 (g) +CO (g)分兩步進(jìn)行：第Ⅰ步反應(yīng)CH3CHO (aq) +I2 (aq) →CH3I (l) +HI (aq) +CO (g) (慢反應(yīng))，第II步為快反應(yīng)。

①決定此反應(yīng)快慢的是第______(填“Ⅰ”或“II”)步反應(yīng)

②請寫出第II步反應(yīng)的化學(xué)方程式：_________

(3)若物質(zhì)與氧原子的結(jié)合力用OA表示，氧原子與N2生成N2O的結(jié)合力OA(N2) =167.4 kJ·mol-1， 氧原子與乙烯生成乙醛的結(jié)合力OA (C2H4) = 473 kJ·mol-1，則可做該反應(yīng)催化劑的M+與氧原子的的結(jié)合力OA (M+)的值應(yīng)滿足________，使用催化劑會使該反應(yīng)的活化能________ (填“增大”、 “減小”、“不變”)。

(4)某2L容器中發(fā)生: 2CO2(g)2CO (g)+O2 (g)，2molCO2在不同溫度下平衡分解的情況如圖所示。

①恒溫恒容條件下，能表示該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是______(填標(biāo)號)

A.CO體積分?jǐn)?shù)與O2體積分?jǐn)?shù)的比值保持不變

B.容器內(nèi)混合氣體的密度保持不變

C.容器內(nèi)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變

D.容器內(nèi)碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持不變

②圖中a、b、c三點(diǎn)的平衡常數(shù)K(a)、K(b)、K(c)的大小關(guān)系為_______

③為實(shí)現(xiàn)CO2減排，目前較成熟的方法是用高濃度的K2CO3溶液吸收工業(yè)煙氣中的CO2，得溶液X，再利用電解法使K2CO3溶液再生，其裝置示意圖如圖，用必要的文字和化學(xué)用語簡述在陰極區(qū)再生的原理____________。

Answer 1

【答案】N2O(g)+C2H4(g)=N2(g)+C2H4O(g) H=+395kJ/mol Ⅰ CH3I(l)+HI(aq)→CH4(g)+I2(aq) 167.4kJ/mol<OA(M)<473 kJ/mol 減小 C K(a)=K(b)<K(c) 存在電離平衡：H++，陰極H+放電，H+濃度減小，平衡右移

【解析】

(4)①當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，據(jù)此分析；
②據(jù)圖可知溫度升高CO2的體積分?jǐn)?shù)減小，說明升高溫度平衡正向移動，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；

(1)已知：①N2O(g)+M+(s)=N2(g)+MO+(s) ΔH1=+678kJ·mol-1

②MO+(s)+C2H4(g)=C2H4O(g)+M+(s) ΔH2=-283kJ·mol-1

根據(jù)蓋斯定律①+②可得N2O(g)+C2H4(g)=N2(g)+C2H4O(g) H=ΔH1+ΔH2=+678kJ·mol-1+(-283kJ·mol-1)=+395kJ/mol；

(2)①慢反應(yīng)決定整體反應(yīng)速率，所以決定此反應(yīng)快慢的是第Ⅰ步；

②總反應(yīng)-第Ⅰ步反應(yīng)可得第II步反應(yīng)為CH3I(l)+HI(aq)→CH4(g)+I2(aq)；

(3)由催化劑的作用機(jī)理結(jié)合圖示信息知，當(dāng)氧原子與催化劑的結(jié)合力處于中間值時(shí)，此反應(yīng)可以發(fā)生，則167.4kJmol-1<OA(M)<473kJmol-1；催化劑能降低該反應(yīng)的活化能；

(4)①A．起始投料為CO2，根據(jù)反應(yīng)方程式可知無論是否平衡，反應(yīng)過程中CO體積分?jǐn)?shù)與O2體積分?jǐn)?shù)的比值均為2:1，故A不符合題意；

B．容器恒容，反應(yīng)物和生成物均為氣體，所以氣體質(zhì)量始終不變，則無論是否平衡，氣體的密度始終不變，故B不符合題意；

C．氣體質(zhì)量始終不變，但該反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和不相等，為平衡時(shí)氣體的總物質(zhì)的量會變，則平均相對分子質(zhì)量會變，所以當(dāng)其不變時(shí)反應(yīng)平衡，故C符合題意；

D．根據(jù)質(zhì)量守恒可知容器內(nèi)碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)始終不變，故D不符合題意；

綜上所述選C；

②據(jù)圖可知溫度升高CO2的體積分?jǐn)?shù)減小，說明升高溫度平衡正向移動，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則溫度越高，平衡常數(shù)越大，c點(diǎn)溫度高于a、b，所以c點(diǎn)平衡常數(shù)最大，a、b兩點(diǎn)溫度相同，平衡常數(shù)相同，所以三點(diǎn)平衡常數(shù)大小關(guān)系為K(a)=K(b)<K(c)；

③K2CO3溶液吸收工業(yè)煙氣中的CO2可以得到KHCO3溶液，將KHCO3溶液通入電解池陰極，存在電離平衡：H++，陰極H+放電，H+濃度減小，平衡右移，實(shí)現(xiàn)K2CO3溶液再生。