Question

【題目】低碳經(jīng)濟成為人們一種新的生活理念。二氧化碳的捕捉和利用是能源領域的一個重要研究方向。請你結合所學知識回答：

（1）①用CO2催化加氫可制取乙烯：CO2（g）+3H2（g）1/2C2H4（g）+ 2H2O（g），若 該反應體系的能量隨反應過程變化關系如下圖所示， 則該反應的△H =______（用含a、b的式子表示）。

已知：幾種化學鍵的鍵能如下表所示，實驗測得上述反應的△H=-152kJmol﹣1，則表中的x=___________。

化學鍵	C=O	H-H	C=C	C-H	H-O
鍵能/kJmol﹣1	803	436	x	414	464

② 以稀硫酸為電解質溶液，利用太陽能電池將CO2轉化為乙烯的工作原理如下圖所示。則N極上的電極反應式為____________；該電解池中所發(fā)生的總反應的化學方程式為__________。

（2）用CO2催化加氫可以制取乙醚的反應如下：2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+ 3H2O（g） △H=﹣122.5 kJmol﹣1，某壓強下，合成二甲醚的反應在不同溫度、不同投料比時，CO2的平衡轉化率如下圖所示。

①T1_______T2（填“<”、“=”或“>”），判斷理由是__________________________。

②T1溫度下，將6 mol CO2和12mol H2充入2 L的密閉容器中，經(jīng)過5 min反應達到平衡，則0～ 5 min內的平均反應速率υ（CH3OCH3）=______。

③一定條件下，上述合成二甲醚的反應達到平衡狀態(tài)后，若改變反應的某個條件，下列變化能說明平衡一定向正反應方向移動的是______（填標號）。

A．逆反應速率先增大后減小 B．容器中 c（H2）/c（CO2）的比值減小

C．H2的轉化率增大

Answer 1

【答案】 -（b-a）kJmol﹣1 764 kJmol﹣1 2H2O-4e-═4H++O2↑ 2CO2+2H2O C2H4+3O2↑ < 因為反應放熱，相同配比投料時， T1溫度下轉化率大于T2溫度下的轉化率，平衡逆向移動，可知T1<T2 0.18 molL﹣1min﹣1 C

【解析】試題分析：本題考查反應熱的計算，電解原理的應用和電極反應式、電解方程式的書寫，化學平衡圖像的分析，化學反應速率的計算以及外界條件對化學平衡的影響。

（1）①由圖知CO2（g）+3molH2（g）具有的總能量大于1/2C2H4（g）+2H2O（g）具有的總能量，該反應為放熱反應，反應的ΔH=生成物具有的總能量-反應物具有的總能量=-（b-a）kJ/mol。ΔH=反應物的鍵能總和-生成物的鍵能總和=2E（C=O）+3E（H-H）-[1/2E（C=C）+2E（C-H）+4E（H-O）]=2803kJ/mol+3436kJ/mol-[1/2x+2414kJ/mol+4464kJ/mol]=-152kJ/mol，解得x=764kJ/mol。

②根據(jù)圖示，在M電極上CO2發(fā)生得電子的還原反應生成C2H4，M電極為陰極，M極上的電極反應式為2CO2+12e-+12H+=C2H4+4H2O；N電極為陽極，N電極上生成O2， N極上的電極反應式為2H2O-4e-=O2↑+4H+。則電解池中所發(fā)生的總反應的化學方程式為2CO2+2H2OC2H4+3O2。

（2）①該反應的正反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，CO2的轉化率減小，根據(jù)圖像知在投料比相同時，T1平衡時CO2的轉化率大于T2，則T1T2。

②H2與CO2的投料比為12mol6mol=2，根據(jù)圖像投料比為2時，T1溫度下CO2的平衡轉化率為60%。轉化CO2物質的量濃度為60%=1.8mol/L，則轉化CH3OCH3（g）物質的量濃度為0.9mol/L，0~5min內平均反應速率υ（CH3OCH3）=0.9mol/L5min=0.18mol/（L·min）。

③A，逆反應速率先增大后減小，平衡一定向逆反應方向移動；B，容器中c（H2）/c（CO2）的比值減小，可能增大CO2濃度、減小H2濃度，增大CO2濃度平衡向正反應方向移動，減小H2濃度平衡向逆反應方向移動；C，H2的轉化率增大，平衡一定向正反應方向移動；改變某個條件，平衡一定向正反應方向移動的是C，答案選C。