Question

【題目】隨著現代工業的發展，二氧化碳污染的處理成為科學研究的重點，回答下列問題：

I.有人提出利用H2還原CO2使其轉化為有機化工的主要原料乙烯。

(1)查閱資料：H2的燃燒熱為285.8kJ/mol，C2H4的燃燒熱為l41lkJ/mol，lmolH2O(1)轉化為H2O(g)需吸收44kJ的熱量。則反應6H2(g)+2CO2(g) C2H4(g)+4H2O(g)

△H=___________kJ/mol。

(2)下圖是探究不同溫度對CO2的轉化率和催化劑的催化效率影響的示意圖。

①生產中通常選用的溫度最好是___________，理由是___________。

②圖中表示的化學平衡常數：M___________N(填>、=、<)

③250℃時，在2L密閉容器中分別充入6molH2和2 molCO2，到達平衡時體系中C2H4的體積分數為___________。

Ⅱ.CO在一定條件下，能與H2合成二甲醚：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)。

(1)在1L的密閉容器中分別充入2.5molH2與 bmol CO2發生反應，在不同溫度下達到平衡狀態時測得實驗數據如下表：

①到達平衡時若升高溫度，則上述平衡___________方向移動（填“正反應”或“逆反應”）。

②轉化率：x___________y（填>、=、<）

(2)新型高效的二甲醚燃料電池工作時總反應式：CH3OCH3+3O2=2CO2+3H2O。

①該電池的負極是___________(填a或b)，負極電極反應式為___________；

②利用該電池冶鋁，若制得金屬鋁54g理論上消耗二甲醚___________g。

Answer 1

【答案】-127.8 250℃ 此時催化劑活性最高 > 7.7%或1/13 逆反應 > a CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2↑+12H+ 23

【解析】

I.(1)根據燃燒熱的概念和題意寫出熱化學方程式：H2(g)+0.5O2(g)=H2O(1)△H=-285.8kJ/mol①；C2H4(g)+3O2(g)=2H2O(l)+2CO2(g)△H=-1411.0kJ·mol－1②；H2O(g)=H2O(l)△H=-44kJ·mol－1③；利用蓋斯定律將①×6-②-③×4可得。

(2)①根據圖示催化劑的反應活性和溫度對速率、平衡的影響綜合考慮：此時催化劑活性最高。

②升高溫度二氧化碳的平衡轉化率減低，則升溫平衡逆向移動，所以M點化學平衡常數大于N點；

③根據三段式計算；

Ⅱ.(1)①分析表格數據，根據溫度對CO2的轉化率影響分析；

②由CO2起始物質的量為1.25mol時，溫度越高，CO2的轉化率越小，說明正反應是放熱反應，故結合表格分析。

(2)①根據電子流動方向和氫離子移動方向可知，通入a的電極為負極；電極反應為：CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2↑+12H+

②根據關系式4Al～12e－～CH3OCH3計算。

(1)根據H2(g)的燃燒熱為285.8kJ·mol－1，則其熱化學方程式為:H2(g)+0.5O2(g)=H2O(1)△H=-285.8kJ/mol①；CH2=CH2(g)的燃燒熱為1411.0kJ·mol－1，其熱化學方程式為：C2H4(g)+3O2(g)=2H2O(l)+2CO2(g)△H=-1411.0kJ·mol－1②；H2O(g)=H2O(l)△H=-44kJ·mol－1③；利用蓋斯定律將①×6-②-③×4可得:6H2(g)+2CO2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g)△H=-127.8kJ·mol－1。

(2)①如圖所示，化學反應速率隨溫度的升高而加快，催化劑的催化效率隨溫度升高先增大后降低，所以根據催化劑的反應活性和溫度對速率、平衡的綜合影響角度，最好選擇250℃；

②升高溫度二氧化碳的平衡轉化率減小，則升溫平衡逆向移動，所以M點化學平衡常數大于N點；

③在2L密閉容器中分別充入6 mol H2和2 mol CO2，由圖可知250℃時，M點的二氧化碳轉化率50%，由方程式可得

6H2(g)+2CO2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g)

起始量(mol·L－1) 3 1 0 0

變化量(mol·L－1) 1.5 0.5 0.25 1

平衡量(mol·L－1) 1.5 0.5 0.25 1

產物CH2=CH2的體積分數= =7.7%

Ⅱ.(1)①分析表格可知，當CO2起始物質的量為1.25mol時，溫度越低，CO2的轉化率越大，說明降低溫度平衡向正反應方向移動，故升高溫度平衡向逆反應方向移動；

②由CO2起始物質的量為1.25mol時，溫度越高，CO2的轉化率越小，說明正反應是放熱反應，故結合表格可知w<32，x>33；由于CO2（g）、H2（g）按物質的量1:3反應，H2(g)物質的量為2.5mol，CO2的物質的量(b)越大，CO2的轉化率越小，則y<w，綜合上述分析可知x>33>32>w>y；

(2)①根據圖知交換膜是質子交換膜，則電解質溶液呈酸性，根據電子流動方向和氫離子移動方向可知，通入a的電極為負極、通入b的電極為正極，負極上二甲醚失去電子發生氧化反應生成二氧化碳，負極反應式為 CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2↑+12H+；根據電子守恒，可以建立關系式4Al～12e－～CH3OCH3，由此可得若制得金屬鋁54g，理論上消耗甲醇23g。