Question

【題目】工業(yè)生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生大量CO2，增加了碳排放量。人們一直努力將CO2變廢為寶。

途徑一：將CO2催化加氫可制取乙烯。

已知：2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g) ΔH= －152kJ/mol

（1）如圖所示為在體積為2L的恒容容器中，投料為1mol CO2和3mol H2時(shí)，測(cè)得溫度對(duì)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和催化劑催化效率的影響。請(qǐng)回答：

①計(jì)算250℃時(shí)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=_______（列出計(jì)算式即可）。

②下列說法正確的是_____。

a．平衡常數(shù)大小：M＞N

b．反應(yīng)物活化分子百分?jǐn)?shù)大�。篗＞N

c．當(dāng)壓強(qiáng)、混合氣體的密度或不變時(shí)均可視為化學(xué)反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)

d．其他條件不變，若不使用催化劑，則250℃時(shí)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率可能位于點(diǎn)M1

（2）下列措施一定可以提高平衡體系中C2H4百分含量，又能加快反應(yīng)速率的是 ________。

a．升高溫度 b．縮小體積，增大壓強(qiáng)

c．增大H2的濃度 d．將產(chǎn)物從反應(yīng)體系中分離出來

途徑二：以稀硫酸為電解質(zhì)溶液，利用電解原理將CO2轉(zhuǎn)化為乙烯。

已知：該電解池的工作原理如圖所示。

（1）M極上的電極反應(yīng)式為________________________；

（2）已知鉛蓄電池放電時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為：PbO2+ Pb + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O。若鉛蓄電池中消耗1molH2SO4，理論上能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下C2H4____________L（結(jié)果保留兩位小數(shù)）。

（3）反應(yīng)一段時(shí)間后，停止通電并撤掉交換膜使溶液充分混合。此時(shí)和電解前相比，硫酸溶液的pH____________（選填“變大”、“變小”或“不變” ）。

Answer 1

【答案】 a b 2CO2+12e- +12H+ = C2H4 + 4H2O 1.87 變小

【解析】途徑一：

(1)①由圖可知,250℃時(shí)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則

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

c始：0.51.50 0

c轉(zhuǎn)：0.250.750.125 0.5

c平：0.250.750.125 0.5

則平衡常數(shù)K=；故答案為：

②a.該反應(yīng)正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，升高溫度逆向移動(dòng)，N點(diǎn)的溫度大于M點(diǎn)，所以M點(diǎn)反應(yīng)向正方向進(jìn)行的程度大，即平衡常數(shù)大�。�M>N，a項(xiàng)正確；b.溫度越高，反應(yīng)物活化分子百分?jǐn)?shù)越大，N點(diǎn)的溫度高，所以反應(yīng)物活化分子百分?jǐn)?shù)大小：M<N，b項(xiàng)錯(cuò)誤；c.混合氣體的質(zhì)量不變，體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，所以不能根據(jù)混合氣體的密度來判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，項(xiàng)c錯(cuò)誤；

d.由圖象可知,其他條件不變,若不使用催化劑,則250℃時(shí)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率可能位于點(diǎn)M，d項(xiàng)錯(cuò)誤；故答案為：a；

(2)a.升高溫度,有利于逆方向,平衡體系中C2H4百分含量降低，a項(xiàng)錯(cuò)誤；b.縮小體積,增大壓強(qiáng),反應(yīng)速率加快,平衡正向移動(dòng),平衡體系中C2H4百分含量增加，b項(xiàng)正確；c.增大H2的濃度,反應(yīng)速率加快。平衡正向移動(dòng),有利于C2H4的生成,但是平衡體系中C2H4百分含量降低，c項(xiàng)錯(cuò)誤；d.將產(chǎn)物從反應(yīng)體系中分離出來，反應(yīng)速率減慢，d項(xiàng)錯(cuò)誤；故答案為：b；

途徑二：

(1)由圖可知M極由二氧化碳生成乙烯,則該極得電子發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為：2CO2+12H++12e=CH2=CH2+4H2O；故答案為：2CO2+12H++12e=CH2=CH2+4H2O；

(2)已知鉛蓄電池放電時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為：PbO2+Pb+2H2SO4═2PbSO4+2H2O.若鉛蓄電池中消耗1molH2SO4,則轉(zhuǎn)移電子為1mol,根據(jù)2CO2+12H++12e=CH2=CH2+4H2O,生成的乙烯為mol，標(biāo)況下的體積為mol×22.4L/moL=1.87L；故答案為：1.87；

(3)M極由二氧化碳生成乙烯，電極反應(yīng)式為：2CO2+12H++12e=CH2=CH2+4H2O，N極溶液中水參與放電生成氧氣，電極反應(yīng)式為：2H2O4e=4H++O2↑,則總反應(yīng)：2CO2+2H2O=C2H4+3O2，混合后硫酸溶液中水的量減少，酸性增強(qiáng)，pH變��；故答案為：變小。