Question

1．I．“低碳经济”时代，科学家利用“组合转化”等技术对CO₂进行综合利用．

（1）CO₂和H₂在一定条件下可以生成乙烯：6H₂（g）+2CO₂（g）+CH₂═CH₂（g）+4H₂O（g）△H=a kJ•mol^-1
已知：H₂（g）的燃烧热为285.8kJ•mol^-1，CH₂=CH₂（g）的燃烧热为1411.0kJ•mol^-1，H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1，则a=-127.8kJ•mol^-1．
（2）上述生成乙烯的反应中，温度对CO₂的平衡转化率及催化剂的催化效率影响如图1，下列有关说法不正确的是①②④（填序号） 
①温度越高，催化剂的催化效率越高
②温发低于250℃时，随着温度升高，乙烯的产率增大
③M点平衡常数比N点平衡常数大
④N点正反应速率一定大于M点正反应速率
⑤增大压强可提高乙烯的体积分数
（3）2012年科学家根据光合作用原理研制出“人造树叶”．如图2是“人造树叶”的电化学模拟实验装置图，该装置能将H₂O和CO₂转化为O₂和有机物C₃H₈O．阴极的电极反应式为：3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₈O+5H₂O

II．为减轻大气污染，可在汽车尾气排放处加装催化转化装置，反应方程式为：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）．
（4）上述反应使用等质量的某种催化剂时，温度和催化剂的比表面积对化学反应速率的影响对比实验如下表，c（NO）浓度随时间（t）变化曲线如3图：

编号	T（℃）	NO初始浓度（mol/L）	CO初始浓度（mol/L）	催化剂的比表面积（m2/g）
Ⅰ	280	1.20×10-3	5.80×10-3	82
Ⅱ	280	a	5.80×10-3	124
Ⅲ	350	1.20×10-3	5.80×10-3	b

①表中a=1.20×10^-3．
②实验说明，该反应是放热反应（填“放热”或“吸热”）．
③若在500℃时，投料$\frac{c（NO）}{c（CO）}$=1，NO的转化率为80%，则此温度时的平衡常数K=第一种情况：设c（NO）=1mol•L^-1，则K=160，
第二种情况：设c（NO）=amol•L^-1，则K=$\frac{160}{a}$，
第三种情况：设n（NO）=amol，容器的容积为V L，则K=$\frac{160V}{a}$；．
（5）使用电化学法也可处理NO的污染，装置如图4．已知电解池阴极室中溶液的pH在4～7之间，写出阴极的电极反应式：2HSO₃^-+2H⁺+2e^-=S₂O₄^2-+2H₂O．吸收池中除去NO的离子方程式为：2NO+2S₂O₄^2-+2H₂O=N₂+4HSO₃^-．

Answer 1

分析 （1）已知：H₂（g）的燃烧热为285.8kJ•mol^-1，则其热化学方程式为：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol；CH₂=CH₂（g）的燃烧热为1411.0kJ•mol^-1，其热化学方程式为：C₂H₄（g）+3O₂（g）=2H₂O（l）+2CO₂（g）△H=-1411.0kJ/mol；H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1，结合盖斯定律计算；
（2）①温度升高化学反应速率加快，催化剂的催化效率降低；
②该反应是放热反应，升温平衡逆向移动；
③反应是放热反应，温度升高平衡逆向进行；
④温度越低催化剂活性越小，反应速率越慢；
⑤增大压强平衡正向进行；
（3）由装置图可知，阴极上CO₂得电子C₃H₈O；
（4）①温度和催化剂的比表面积对化学反应速率的影响对比实验，ⅠⅡ对比是探究催化剂的比表面面积不同对反应速率的影响，起始浓度相同；
②图象分析可知Ⅲ实验中起始量相同，催化剂比表面积相同，探究的是升温对平衡的影响，图象中升温NO的浓度增大，说明平衡逆向进行；
③结合平衡三行计算列式计算平衡浓度，平衡常数=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；
（5）阴极发生还原反应，是亚硫酸氢根离子，得电子，生成硫代硫酸根离子；硫代硫酸根离子与一氧化氮发生氧化还原反应，生成氮气．

解答 解：（1）已知：H₂（g）的燃烧热为285.8kJ•mol^-1，则其热化学方程式为：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol①；
CH₂=CH₂（g）的燃烧热为1411.0kJ•mol^-1，其热化学方程式为：C₂H₄（g）+3O₂（g）=2H₂O（l）+2CO₂（g）△H=-1411.0kJ/mol②；
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1③；
利用盖斯定律将①×6-②-③×4可得：6H₂（g）+2CO₂（g）?CH₂═CH₂（g）+4H₂O（g）△H=-127.8kJ•mol^-1；
故答案为：-127.8；
（2）①化学反应速率随温度的升高而加快，催化剂的催化效率降低，所以v（M）有可能小于v（N），故①不正确；
②温度低于250℃时，随温度升高平衡逆向进行乙烯的产率减小，故②不正确；
③升高温度二氧化碳的平衡转化率减低，则升温平衡逆向移动，所以M化学平衡常数大于N，故③正确；
④为提高CO₂的转化率，平衡正向进行，反应是放热反应，低的温度下进行反应，平衡正向进行，但催化剂的活性、反应速率减小，故④不正确；
⑤增大压强平衡正向进行，可提高乙烯的体积分数，故⑤正确；
故答案为：①②④；
（3）由装置图可知，阴极上CO₂得电子C₃H₈O，则阴极上发生电极反应式为3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₈O+5H₂O；
故答案为：3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₈O+5H₂O；
（4）①ⅠⅡ对比是探究催化剂的比表面面积不同对反应速率的影响，起始浓度相同，a=1.20×10^-3，
故答案为：1.20×10^-3；
②Ⅲ实验中起始量相同，催化剂比表面积相同，探究的是升温对平衡的影响，图象中升温NO的浓度增大，说明平衡逆向进行，逆反应为吸热反应，所以正反应为放热反应，
故答案为：放热；
③若在500℃时，投料$\frac{c（NO）}{c（CO）}$=1，NO的转化率为80%，
设c（NO）=1mol•L^-1，
                              2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）．
起始量（mol/L）        1               1                0                0
变化量（mol/L）      0.8              0.8            0.8             0.4
平衡量（mol/L）      0.2                0.2            0.8            0.4
则此温度时的平衡常数K=$\frac{0．{8}^{2}×0.4}{0．{2}^{2}×0．{2}^{2}}$=160，
设c（NO）=amol•L^-1，
                          2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）．
起始量（mol/L） a                  a                  0               0
变化量（mol/L） 0.8a             0.8a           0.8a            0.4a
平衡量（mol/L） 0.2a            0.2a             0.8 a            0.4a
则K=$\frac{0.4a×（0.8a）^{2}}{（0.2a）^{2}（0.2a）^{2}}$=$\frac{160}{a}$，
设n（NO）=amol，容器的容积为V L，
                              2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g）．
起始量（mol/L）       $\frac{a}{V}$            $\frac{a}{V}$                 0               0
变化量（mol/L）   0.8$\frac{a}{V}$          0.8$\frac{a}{V}$            0.8$\frac{a}{V}$       0.4$\frac{a}{V}$
平衡量（mol/L） 0.2$\frac{a}{V}$           0.2$\frac{a}{V}$              0.8 $\frac{a}{V}$       0.4$\frac{a}{V}$
则K=$\frac{\frac{0.4a}{V}×（\frac{0.8a}{V}）^{2}}{（\frac{0.2a}{V}）^{2}×（\frac{0.2a}{V}）^{2}}$=$\frac{160V}{a}$，
故答案为：第一种情况：设c（NO）=1mol•L^-1，则K=160，
第二种情况：设c（NO）=amol•L^-1，则K=$\frac{160}{a}$，
第三种情况：设n（NO）=amol，容器的容积为V L，则K=$\frac{160V}{a}$；
（5）阴极发生还原反应，是亚硫酸氢根离子，得电子，生成硫代硫酸根离子，电极反应式为：2HSO₃^-+2e^-+2H⁺═S₂O₄^2-+2H₂O；硫代硫酸根离子与一氧化氮发生氧化还原反应，生成氮气，离子反应方程式为：2NO+2S₂O₄^2-+2H₂O═N₂+4HSO₃^-，
故答案为：2HSO₃^-+2e^-+2H⁺═S₂O₄^2-+2H₂O；2NO+2S₂O₄^2-+2H₂O═N₂+4HSO₃^-；

点评 本题考查了热化学方程式书写、盖斯定律的应用、原电池和电解池原理的理解应用，图象分析判断，平衡常数计算，注意化学方程式书写方法，题目难度中等，侧重于考查学生的分析能力和计算能力．