Question

【题目】大气中CO2含量的增加会加剧温室效应,秉承“低碳环保,绿色出行”的生活理念,CO2的综合利用也成为热门研究领域。

I.CO2可用于生产乙烯。

(1)依据图1写出CO2和H2生成C2H4和H2O(l)的热化学方程式________。

(2)以稀硫酸作电解质溶液，利用电解法将CO2转化为乙烯的装置如图2所示。M电极的电极反应式为_____，工作一段时间后，阳极室中溶液的pH_____(填“增大”“不变”或“减小”)。

Ⅱ.CO2与H2在一定条件下可生产二甲醚:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)Δ H<0

(3)在2.0L恒容密闭容器中,加入2.0molCO2和6.0molH2,恒温条件下经过5min达到平衡状态，此时的压强是起始压强的2/3

①0~5min内反应的平均速率v(H2)=____,此温度下的平衡常数K=______.

②平衡常数K(800K)______K(900K)(填“>”“=”或“<”)

(4)分别以Cat.1和Cat.2作催化剂发生该反应,反应进行相同的时间后,测得CO2的转化率a(CO2)随反应温度T的变化情况如图3所示(忽略温度对催化剂活性的影响)。

①该反应的活化能Ea(Cat.1)________Ea(Cat.2)(填“>”或“<”)。

②a、b、c、d、e五个状态中一定是平衡状态的是_______(填字母)。

Answer 1

【答案】 2CO2(g)+6H2(g) == C2H4(g)+4H2O(l) ΔH = -303.8 kJ/mol 2CO2 +12H+ +12e == C2H4 +4H2O 减小 0.4mol/(Lmin) 3.0 L4/mol4 > < d、e

【解析】I.（1）依据图1，分别写出热化学方程式：① C2H4(g)+3O2(g)==2CO2(g)+4H2O(l) ΔH = -1411.0 kJ/mol；②2H2(g)+O2(g)==2H2O(l) ΔH = -571.6 kJ/mol；根据盖斯定律，②×3-①得

2CO2(g)+6H2(g) == C2H4(g)+4H2O(l) ΔH = -303.8 kJ/mol 。故本题答案为：2CO2(g)+6H2(g) == C2H4(g)+4H2O(l) ΔH = -303.8 kJ/mol 。

CO2转化为乙烯，碳元素化合价降低，得电子被还原，发生还原反应。所以M电极的电极反应式为2CO2 +12H+ +12e == C2H4 +4H2O；因为阳极的电极反应为2H2O-4e-=O2↑+4H+,氢离子浓度增加，所以工作一段时间后，阳极室中溶液的pH减小。

Ⅱ.(3)设容器中转化的CO2的浓度为2x，

2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)

起始浓度（mol/L） 1 3 0 0

变化浓度（mol/L） 2x 6x x 3x

平衡浓度（mol/L） 1-2x 3-6x x 3x

依据题意，有（1-2x+3-6x+x+3x)/(1+3)=2/3，解得，x=1/3；

①0~5min内反应的平均速率v(H2)= =0.4mol/(Lmin),

此温度下的平衡常数K=c(CH3OCH3)·c3(H2O)/c2(CO2)·c6(H2)= L4/mol4 =3.0 L4/mol4

②因为正反应为放热反应，升温平衡逆向移动，平衡常数减小，所以平衡常数K(800K)>K(900K)；

（4）①从图3a,b点数值可知，Cat.1催化效率更高，反应更快，活化能更低，所以活化能Ea(Cat.1)<Ea(Cat.2)；

②因为催化剂只能改变反应速率，不能使平衡发生移动，最终达到平衡时二氧化碳转化率应相同，所以a、b、c、d、e五个状态中一定是平衡状态只有d、e两点。