Question

【題目】低碳經(jīng)濟(jì)成為人們一種新的生活理念，二氧化碳的捕捉和利用是能源領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。請(qǐng)你結(jié)合下列有關(guān)圖示和所學(xué)知識(shí)回答：

I．用CO2催化加氫可以制取乙烯：CO2（g）+3H2（g）1/2C2H4（g）+2H2O（g）。

(l)若該反應(yīng)體系的能量隨反應(yīng)過程變化關(guān)系如圖所示，則該反應(yīng)△H =___________（用含a、b的式子表示）；又知：相關(guān)化學(xué)鍵的鍵能如下表所示，實(shí)驗(yàn)測(cè)得上述反應(yīng)的△H =-152 kJ/mol，則表中的x= ___。

(2)以稀硫酸為電解質(zhì)溶液，利用太陽能電池將CO2轉(zhuǎn)化為乙烯的工作原理如圖所示。則M極上的電極反應(yīng)式為____。

II．用CO2催化加氫還可以制取二甲醚：2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）△H =-122.5kJ/mol，某壓強(qiáng)下，合成二甲醚的反應(yīng)在不同溫度、不同投料比時(shí)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率如圖所示。

(3)圖中T1、T2分別表示反應(yīng)溫度，判斷T1、T2大小關(guān)系的依據(jù)是____；圖中A、B、C三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)分別為KA、KB、Kc，其三者大小的關(guān)系是____。

(4)T1溫度下，將6molCO2和12molH2充入2L的密閉容器中，經(jīng)過5min反應(yīng)達(dá)到平衡，則0～5min內(nèi)的平均反應(yīng)速率υ(H2)=_______，平衡常數(shù)K=__（列出計(jì)算式即可）。

Answer 1

【答案】-（b-a）kJmol-1 764 kJmol-1 2CO2+12e-+12H+=C2H4+4H2O 該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO2的轉(zhuǎn)化率減小，根據(jù)圖像知在投料比相同時(shí)，T1平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率大于T2，則T1<T2 KA=Kc＞KB 1.08 mol/（L·min）

【解析】

（1）由圖知反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；依據(jù)反應(yīng)熱ΔH=反應(yīng)物的鍵能總和-生成物的鍵能總和計(jì)算x；

（2）根據(jù)圖示，在M電極上CO2發(fā)生得電子的還原反應(yīng)生成C2H4，M電極為陰極；

（3）該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，升高溫度，化學(xué)平衡常數(shù)減�。�

（4）建立三段式，依據(jù)三段式計(jì)算反應(yīng)速率和平衡常數(shù)。

（1）由圖知CO2（g）+3H2（g）具有的總能量大于1/2C2H4（g）+2H2O（g）具有的總能量，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)的ΔH=生成物具有的總能量-反應(yīng)物具有的總能量=-（b-a）kJ/mol；反應(yīng)熱ΔH=反應(yīng)物的鍵能總和-生成物的鍵能總和=2E（C=O）+3E（H-H）-[1/2E（C=C）+2E（C-H）+4E（H-O）]=2×803kJ/mol+3×436kJ/mol-[1/2x+2×414kJ/mol+

4×464kJ/mol]=-152kJ/mol，解得x=764kJ/mol，故答案為：-（b-a）kJmol﹣1；764 kJmol﹣1；

（2）根據(jù)圖示，在M電極上CO2發(fā)生得電子的還原反應(yīng)生成C2H4，M電極為陰極，電極反應(yīng)式為2CO2+12e-+12H+=C2H4+4H2O，故答案為：2CO2+12e-+12H+=C2H4+4H2O；

（3）該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO2的轉(zhuǎn)化率減小，根據(jù)圖像知在投料比相同時(shí)，T1平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率大于T2，則T1T2；由圖可知，A、C溫度相同，化學(xué)平衡常數(shù)相同，B點(diǎn)溫度高于A、C，KA、KB、Kc三者大小的關(guān)系是KA=Kc＞KB，故答案為：該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO2的轉(zhuǎn)化率減小，根據(jù)圖像知在投料比相同時(shí)，T1平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率大于T2，則T1<T2；KA=Kc＞KB；

（4）由圖可知，將6molCO2和12molH2充入2L的密閉容器中，經(jīng)過5min反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為60%，由題給數(shù)據(jù)建立如下三段式：

2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）

起（mol/L） 3 6 0 0

變（mol/L） 1.8 5.4 0.9 2.7

平（mol/L） 1.2 0.6 0.9 2.7

則0～5min內(nèi)的平均反應(yīng)速率υ(H2)= △c(H2)/ △t=5.4 mol/L/5min=1.08 mol/（L·min）；化學(xué)平衡常數(shù)K=c(CH3OCH3)c3(H2O) /[c2(CO2)c6(H2)]=（0.9×2.73）/（1.22×0.66），故答案為：1.08 mol/（L·min）；（0.9×2.73）/（1.22×0.66）。