Question

2．一定條件下合成乙烯．
6H₂（g）+2CO₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$C₂H₄（g）+4H₂O（g）
（1）乙烯是非極性分子．（填極性或非極性）
（2）請在方程式上標出該反應電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目．
（3）溫度對CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率和催化劑催化效率的影響如圖1，下列說法正確的是B．
A．此反應隨溫度升高，反應速率一定加快
B．平衡常數(shù)：K_M＞K_N
C．M點CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率受溫度、催化劑的共同影響
（4）若投料比n（H₂）：n（CO₂）=3：1，圖1中M點乙烯的體積分數(shù)為7.7% （保留兩位有效數(shù)字）．
（5）電解法制取乙烯裝置如圖2，電極a接電源的負極，生成乙烯的電極反應式為2CO₂+12H⁺+12e^-→CH₂=CH₂+4H₂O．
當左側(cè)有33.6L（標準狀況）CO₂反應時，左右兩側(cè)溶液質(zhì)量差|△m_右|-|△m_左|=36g，則乙烯的產(chǎn)率為66.7%

Answer 1

分析 （1）正負電荷重心重合為非極性分子，正負電荷重心不重合為極性分子，結(jié)合分子空間構(gòu)型判斷；
（2）氫氣從0價變?yōu)?1價，C從+4價變?yōu)?2價，據(jù)反應前后化合價變化標電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目；
（3）A、溫度升高化學反應速率加快，催化劑的催化效率降低；
B、該反應是放熱反應，升溫平衡逆向移動；
C、催化劑只影響化學反應速率，不影響平衡移動；
（4）投料比n（H₂）：n（CO₂）=3：1，M點時，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為50%，則氫氣的轉(zhuǎn)化率也是50%，據(jù)此分析；
（5）據(jù)圖分析，在酸性條件下二氧化碳電解生成乙烯和氧氣，氧氣在陽極生成，陰極生成乙烯，根據(jù)電子守恒進行計算即可．

解答 解：（1）乙烯分子中C元素的最外層電子數(shù)為4，化合價為-4，最外層電子全部成鍵，空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，正負電荷的中心重合，屬于非極性分子，故答案為：非極性；
（2）氫氣從0價變?yōu)?1價，C從+4價變?yōu)?2價，所以6mol氫氣反應轉(zhuǎn)移12mol電子，，
故答案為：；
（3）A、化學反應速率隨溫度的升高而加快，催化劑的催化效率降低，所以反應速率可能減小，故A錯誤；
B、升溫平衡逆向移動，化學平衡常數(shù)減小，故B正確；
C、催化劑只影響反應速率，不影響平衡移動和轉(zhuǎn)化率，故C錯誤；
故答案為：B；
（4）假設(shè)加入的氫氣和二氧化碳分別為3mol和1mol，則M點時，有氫氣1.5mol，二氧化碳0.5mol，乙烯0.25mol，水蒸氣1mol，所以M點時乙烯的體積分數(shù)為$\frac{0.25}{1.5+0.5+0.25+1}$×100%=7.7%，故答案為：7.7%；
（5）據(jù)圖分析，在酸性條件下二氧化碳電解生成乙烯和氧氣，氧氣在陽極生成，陰極生成乙烯，所以a接電源的負極，發(fā)生還原反應，陰極電極反應式為2CO₂+12H⁺+12e^-→CH₂=CH₂↑4H₂O，該電極質(zhì)量增加60g，陽極上發(fā)生電極反應：12OH^--12e^-=3O₂↑+6H₂O，該電極質(zhì)量減小96，根據(jù)左右兩側(cè)溶液質(zhì)量差|△m_右|-|△m_左|=36g，則轉(zhuǎn)移12mol電子，根據(jù)電極反應式：2CO₂+12H⁺+12e^-→CH₂=CH₂+4H₂O，產(chǎn)生乙烯的物質(zhì)的量是1mol，當左側(cè)有33.6L（標準狀況）即1.5molCO₂反應時，產(chǎn)生乙烯的物質(zhì)的量是0.75mol，所以乙烯的產(chǎn)率是75%，故答案為：負；2CO₂+12H⁺+12e^-→CH₂=CH₂+4H₂O；75%．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、據(jù)圖象分析化學反應速率的影響因素、平衡計算、平衡移動、電極反應式書寫，題目難度較大．