Question

10．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）△H=-152kJ/mol
（1）化學(xué)鍵的鍵能如下表所示，則表中的x=612

化學(xué)鍵	C=O	H-H	C=C	C-H	H-O
鍵能/KJ mol	803	436	x	414	464

（2）如圖所示為在體積為2L的恒容容器中，投料為1 mol 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=$\frac{0.125×0．{5}^{4}}{0.2{5}^{2}×0.7{5}^{6}}$（列出計(jì)算式即可）．
②下列說法正確的是a
a．平衡常數(shù)大�。篗＞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$\frac{c（{H}_{2}）}{c（C{O}_{2}）}$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
（3）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b
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(lái)
途徑二：以稀硫酸為電解質(zhì)，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．

（4）M極上的電極反應(yīng)式為2CO₂+12H⁺+12e^-=CH₂=CH₂+4H₂O．
（5）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1mol H₂SO₄，理論上能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下C₂H₄1.87L（結(jié)果保留兩位小數(shù)）．
（6）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變�。ㄟx填“變大”、“變小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總能鍵能計(jì)算解答；
（2）①由圖可知，250℃時(shí)CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，利用三段式求出平衡時(shí)的濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；
②a．該反應(yīng)正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，升高溫度逆向移動(dòng)；
b．溫度越高，反應(yīng)物活化分子百分?jǐn)?shù)越大；
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；
d．根據(jù)圖象分析；
（3）根據(jù)影響化學(xué)平衡的因素分析；
（4）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)，據(jù)此書寫；
（5）根據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等計(jì)算；
（6）根據(jù)總反應(yīng)2CO₂+2H₂O?C₂H₄+3O₂可知，混合后硫酸溶液的溶劑減少，酸性增強(qiáng)，pH減�。�

解答 解：（1）反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總能鍵能，根據(jù)2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g），則△H=（4×804+12×436-4×414-X-8×464）kJ•mol^-1=-152kJ•mol^-1，解得X=612KJ/mol；
故答案為：612；
（2）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：0.5            1.5             0                         0
c轉(zhuǎn)：0.25          0.75           0.125                  0.5
c平：0.25          0.75           0.125                  0.5
則平衡常數(shù)K=$\frac{0.125×0．{5}^{4}}{0.2{5}^{2}×0.7{5}^{6}}$；
故答案為：$\frac{0.125×0．{5}^{4}}{0.2{5}^{2}×0.7{5}^{6}}$；
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�。篗＞N，故a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�。篗＜N，故b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(lái)判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故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，故d錯(cuò)誤；
故答案為：a；
（3）a．升高溫度，有利于逆方向，平衡體系中C₂H₄百分含量降低，故a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，故b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，故c錯(cuò)誤；
d．將產(chǎn)物從反應(yīng)體系中分離出來(lái)，反應(yīng)速率減慢，故d錯(cuò)誤；
故答案為：b；
（4）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；
（5）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1mol H₂SO₄，則轉(zhuǎn)移電子為1mol，根據(jù)2CO₂+12H⁺+12e^-=CH₂=CH₂+4H₂O，生成的乙烯為$\frac{1}{12}$mol，標(biāo)況下的體積為$\frac{1}{12}$mol×22.4L/moL=1.87L；
故答案為：1.87；
（6）由圖可知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極為溶液中水參與放電生成氧氣，電極反應(yīng)式為：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂，則總反應(yīng)2CO₂+2H₂O?C₂H₄+3O₂，混合后硫酸溶液的溶劑減少，酸性增強(qiáng)，pH變小；
故答案為：變小．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了反應(yīng)熱與鍵能的關(guān)系、化學(xué)平衡移動(dòng)的影響因素、化學(xué)平衡計(jì)算、電解池與原電池原理等，注意三段式在化學(xué)平衡計(jì)算中的靈活應(yīng)用是解題的關(guān)鍵，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力、計(jì)算能力，題目難點(diǎn)中等．