Question

【題目】低碳經(jīng)濟(jì)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(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。請(qǐng)你結(jié)合所學(xué)知識(shí)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(yīng)體系的能量隨反應(yīng)過程變化關(guān)系如下圖所示， 則該反應(yīng)的△H =______（用含a、b的式子表示）。

已知：幾種化學(xué)鍵的鍵能如下表所示，實(shí)驗(yàn)測(cè)得上述反應(yīng)的△H=-152kJmol﹣1，則表中的x=___________。

化學(xué)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(zhì)溶液，利用太陽(yáng)能電池將CO2轉(zhuǎn)化為乙烯的工作原理如下圖所示。則N極上的電極反應(yīng)式為____________；該電解池中所發(fā)生的總反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________。

（2）用CO2催化加氫可以制取乙醚的反應(yīng)如下：2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+ 3H2O（g） △H=﹣122.5 kJmol﹣1，某壓強(qiáng)下，合成二甲醚的反應(yīng)在不同溫度、不同投料比時(shí)，CO2的平衡轉(zhuǎn)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(yīng)達(dá)到平衡，則0～ 5 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率υ（CH3OCH3）=______。

③一定條件下，上述合成二甲醚的反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，若改變反應(yīng)的某個(gè)條件，下列變化能說(shuō)明平衡一定向正反應(yīng)方向移動(dòng)的是______（填標(biāo)號(hào)）。

A．逆反應(yīng)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(zhuǎn)化率增大

Answer 1

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

【解析】試題分析：本題考查反應(yīng)熱的計(jì)算，電解原理的應(yīng)用和電極反應(yīng)式、電解方程式的書寫，化學(xué)平衡圖像的分析，化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算以及外界條件對(duì)化學(xué)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(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)的ΔH=生成物具有的總能量-反應(yīng)物具有的總能量=-（b-a）kJ/mol。ΔH=反應(yīng)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(yīng)生成C2H4，M電極為陰極，M極上的電極反應(yīng)式為2CO2+12e-+12H+=C2H4+4H2O；N電極為陽(yáng)極，N電極上生成O2， N極上的電極反應(yīng)式為2H2O-4e-=O2↑+4H+。則電解池中所發(fā)生的總反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CO2+2H2OC2H4+3O2。

（2）①該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO2的轉(zhuǎn)化率減小，根據(jù)圖像知在投料比相同時(shí)，T1平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)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(shí)，T1溫度下CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為60%。轉(zhuǎn)化CO2物質(zhì)的量濃度為60%=1.8mol/L，則轉(zhuǎn)化CH3OCH3（g）物質(zhì)的量濃度為0.9mol/L，0~5min內(nèi)平均反應(yīng)速率υ（CH3OCH3）=0.9mol/L5min=0.18mol/（L·min）。

③A，逆反應(yīng)速率先增大后減小，平衡一定向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；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(yīng)方向移動(dòng)，減小H2濃度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；C，H2的轉(zhuǎn)化率增大，平衡一定向正反應(yīng)方向移動(dòng)；改變某個(gè)條件，平衡一定向正反應(yīng)方向移動(dòng)的是C，答案選C。