Question

【題目】2017年11月聯(lián)合國氣候大會(huì)在德國波恩開幕，CO2的回收利用再一次提上了日程。

I利用CO2制取丙烯(C3H6)

(1)用CO2催化加氫可制取丙烯的原理為:3CO2(g)+9H2(g) C3H6(g)+6H2O(g) △H。

已知熱化學(xué)方程式如下

①2C2H6(g)+9O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l) △H1;

②2H2O(g)=2H2(g)+O2(g) ΔH2;

③H2O(g)==H2O(l) △H3;

則制取丙烯反應(yīng)的△H= ______(用△H1、△H2、△H3表示)。

(2)以稀磷酸為電解質(zhì)溶液，以石墨為電極，利用太陽能電池將CO2轉(zhuǎn)化為丙烯的工作原理如下圖所示。

①電解池中的交換膜為_______ :(填“陰”或“陽")離子交換膜，通過交換的離子是_______(填離子符號(hào))。

②陰極的電極反應(yīng)為_____________________________。

II.利用CO2制取二甲醚(CH3OCH3)

(3)將燃煤廢氣中的CO2轉(zhuǎn)化為二甲醚的反應(yīng)原理為:2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g)。已知一定條件下，該反應(yīng)中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、投料

比n(H2)/n(CO2)]的變化曲線如下左圖:

①在其他條件不變時(shí)，在右圖中畫出平衡時(shí)CH3OCH3的體積分?jǐn)?shù)隨投料比n(H2)/n(CO2)交化的曲線圖____________。

②某溫度下將2.0molCO2(g)和6.0molH2(g)充入容積為2L的密閉容器中，反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)改變壓強(qiáng)和溫度，平衡體系中CH3OCH3(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)變化情況如下圖所示，關(guān)于溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系判斷正確的是____________。

A.P4>P3>P2>P1 B .T4>T3>T2>T1 C.P1>P2>P3>P4 D. T1>T2>T3>T4.

III利用CO2制取甲醇(CH3OH)

用CO2催化加氫制取甲醇的反應(yīng)為CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H=-b kJ·mol—1(b>0)。T℃時(shí)，將 1 mol CO2和4molH2充入的密閉溶液中，測(cè)得H2的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖中實(shí)線所示

(4)不能證明該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是___________。

A.氣體的總壓強(qiáng)不變

B. CH3 OH(g)和H2O(g)的物質(zhì)的量之比不變

C.混合氣體的密度不再不變

D.單位時(shí)間內(nèi)斷裂3NA個(gè)H—H健同時(shí)形成2NA個(gè)C=O鍵

(5)僅改變某個(gè)反應(yīng)條件再進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)，測(cè)得H2的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖中虛線I、II所示。曲線Ⅱ?qū)��?yīng)的實(shí)驗(yàn)條件改變是_____________。

Answer 1

【答案】 3△H3－1/2△H1－9/2△H2 陽 H+ 3CO2+18e—+18H+==C3H6+6H2O ②

（大致方向正確既可以給分，但與3對(duì)應(yīng)的必須是最高點(diǎn)） CD BC 增大壓強(qiáng)（或增大CO2的濃度）

【解析】I(1) ①2C3H6(g)+9O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l) △H1;②2H2O(g)=2H2(g)+O2(g) ΔH2;③H2O(g)==H2O(l) △H3。由③②可得，3CO2(g)+9H2(g) C3H6(g)+6H2O(g) 所以制取丙烯反應(yīng)的△H= 3△H3－1/2△H1－9/2△H2。

(2)以稀磷酸為電解質(zhì)溶液，以石墨為電極，利用太陽能電池將CO2轉(zhuǎn)化為丙烯。由圖中信息可知，X為陰極、Y為陽極，陰極的電極反應(yīng)為3CO2+18e—+18H+==C3H6+6H2O，陽極的電極反應(yīng)為2H2O-4e-=4H++O2↑,反應(yīng)過程中陰極要消耗氫離子，氫離子必須向陰極定向移動(dòng)，所以交換膜為陽離子交換膜。

①電解池中的交換膜為陽離子交換膜，通過交換的離子是H+。

②陰極的電極反應(yīng)為3CO2+18e—+18H+==C3H6+6H2O。

II.(3)將燃煤廢氣中的CO2轉(zhuǎn)化為二甲醚的反應(yīng)原理為2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g)。由圖像可知，該反應(yīng)的二氧化碳的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而減小，所以該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

①由化學(xué)方程式可知，在其他條件不變時(shí)，投料比n(H2)/n(CO2)=3時(shí)，平衡時(shí)CH3OCH3的體積分?jǐn)?shù)最大，所以平衡時(shí)CH3OCH3的體積分?jǐn)?shù)隨投料比n(H2)/n(CO2)變化的曲線圖為。

②某溫度下將2.0molCO2(g)和6.0molH2(g)充入容積為2L的密閉容器中。由題中信息及圖像可知，溫度越低、壓強(qiáng)越大，則二甲醚的百分含量越高，所以T1>T2>T3>T4.、P1>P2>P3>P4，所以關(guān)于溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系判斷正確的是CD。

III用CO2催化加氫制取甲醇的反應(yīng)為CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

△H=-b kJ·mol—1(b>0)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

(4) A.該反應(yīng)是氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，所以當(dāng)氣體的總壓強(qiáng)不變，達(dá)到平衡狀態(tài)；B. 從反應(yīng)開始在反應(yīng)到達(dá)平衡之前，CH3 OH(g)和H2O(g)的物質(zhì)的量之比一直不變，所以CH3 OH(g)和H2O(g)的物質(zhì)的量之比不變時(shí)，不一定是平衡狀態(tài)；C.混合氣體的密度一直不變，所以無法根據(jù)密度判斷平衡狀態(tài)；D.單位時(shí)間內(nèi)斷裂3NA個(gè)H—H健同時(shí)形成2NA個(gè)C=O鍵，說明正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到平衡狀態(tài)�？傊�，不能證明該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是BC。

(5)由曲線Ⅱ可知，改變條件后，不僅化學(xué)反應(yīng)速率加快了，而且平衡也向正反應(yīng)方向移動(dòng)了，所以對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件改變是增大壓強(qiáng)（或增大CO2的濃度），不可能是升高溫度（因?yàn)檎�反�?yīng)為放熱反應(yīng)）。