Question

【題目】大氣中CO2含量的增加會加劇溫室效應,秉承“低碳環保,綠色出行”的生活理念,CO2的綜合利用也成為熱門研究領域。

I.CO2可用于生產乙烯。

(1)依據圖1寫出CO2和H2生成C2H4和H2O(l)的熱化學方程式________。

(2)以稀硫酸作電解質溶液，利用電解法將CO2轉化為乙烯的裝置如圖2所示。M電極的電極反應式為_____，工作一段時間后，陽極室中溶液的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,恒溫條件下經過5min達到平衡狀態，此時的壓強是起始壓強的2/3

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

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

(4)分別以Cat.1和Cat.2作催化劑發生該反應,反應進行相同的時間后,測得CO2的轉化率a(CO2)隨反應溫度T的變化情況如圖3所示(忽略溫度對催化劑活性的影響)。

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

②a、b、c、d、e五個狀態中一定是平衡狀態的是_______(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）依據圖1，分別寫出熱化學方程式：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轉化為乙烯，碳元素化合價降低，得電子被還原，發生還原反應。所以M電極的電極反應式為2CO2 +12H+ +12e == C2H4 +4H2O；因為陽極的電極反應為2H2O-4e-=O2↑+4H+,氫離子濃度增加，所以工作一段時間后，陽極室中溶液的pH減小。

Ⅱ.(3)設容器中轉化的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

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

①0~5min內反應的平均速率v(H2)= =0.4mol/(Lmin),

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

②因為正反應為放熱反應，升溫平衡逆向移動，平衡常數減小，所以平衡常數K(800K)>K(900K)；

（4）①從圖3a,b點數值可知，Cat.1催化效率更高，反應更快，活化能更低，所以活化能Ea(Cat.1)<Ea(Cat.2)；

②因為催化劑只能改變反應速率，不能使平衡發生移動，最終達到平衡時二氧化碳轉化率應相同，所以a、b、c、d、e五個狀態中一定是平衡狀態只有d、e兩點。