Question

【題目】二氧化碳資源化利用是目前研究的熱點之一。

(1)二氧化碳可用于重整天然氣制合成氣(CO和H2)。

①已知下列熱化學(xué)方程式：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H1=+206kJ/mol，CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) △H 2=-165kJ/mol，

則反應(yīng)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的△H=____kJ/mol。

②最近我國學(xué)者采用電催化方法用CO2重整CH4制取合成氣，裝置如圖所示。裝置工作時，陽極的電極反應(yīng)式為________。

(2)由二氧化碳合成VCB（鋰電池電解質(zhì)的添加劑）的實驗流程如下，已知EC、VCB核磁共振氫譜均只有一組峰，均含五元環(huán)狀結(jié)構(gòu)，EC能水解生成乙二醇。

VCB的結(jié)構(gòu)簡式為_________。

(3)乙烷直接熱解脫氫和CO2氧化乙烷脫氫的相關(guān)化學(xué)方程式及平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如下：

(I)乙烷直接熱解脫氫：C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) △H1

(Ⅱ)CO2氧化乙烷脫氫：C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+CO(g)+H2O(g) △H2

①反應(yīng)(I)的△H1= ____kJ/mol（填數(shù)值，相關(guān)鍵能數(shù)據(jù)如下表）。

化學(xué)鍵	C－C	C=C	C－H	H－H
鍵能/kJ·mol－1	347.7	615	413.4	436.0

②反應(yīng)(Ⅱ)乙烷平衡轉(zhuǎn)化率比反應(yīng)(I)的大，其原因是______（從平衡移動角度說明）。

③有學(xué)者研究納米Cr2O3催化CO2氧化乙烷脫氫，通過XPS測定催化劑表面僅存在Cr6+和Cr3+，從而說明催化反應(yīng)歷程為：C2H6(g)→C2H4(g)+H2(g)，______和_______（用方程式表示，不必注明反應(yīng)條件）。

④在三個容積相同的恒容密閉容器中，溫度及起始時投料如下表所示，三個容器均只發(fā)生反應(yīng)：C2H6(g)img src="http://thumb.zyjl.cn/questionBank/Upload/2019/10/07/08/dcc46cb6/SYS201910070801057716573811_ST/SYS201910070801057716573811_ST.001.png" width="33" height="10" style="-aw-left-pos:0pt; -aw-rel-hpos:column; -aw-rel-vpos:paragraph; -aw-top-pos:0pt; -aw-wrap-type:inline" />C2H4(g)+H2(g)。溫度及投料方式（如下表所示），測得反應(yīng)的相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

	容器1	容器2	容器3
反應(yīng)溫度T/K	600	600	500
反應(yīng)物投入量	1molC2H6	2molC2H4+2molH2	1molC2H6
平衡時v正(C2H4)/ mol/(L·s)	v1	v2	v3
平衡時c(C2H4)/ mol/L	c1	c2	c3
平衡常數(shù)K	K1	K2	K3

下列說法正確的是_______（填標號）。

A.K1=K2，v1<v2 B.K1<K3，v1< v3 C.v2>v3，c2>2c3 D.c2+c3<3c1

Answer 1

【答案】+247 CH4+O2--2e-=CO+2H2 +123.5 反應(yīng)Ⅱ相當于反應(yīng)Ⅰ中乙烷熱解的產(chǎn)物H2，與CO2進一步發(fā)生反應(yīng)：CO2+H2CO+H2O，降低了反應(yīng)Ⅰ中生成物H2的濃度，使平衡向生成乙烯的方向移動 3CO2+Cr2O3=2CrO3+3CO 2CrO3+3H2=Cr2O3+3H2O AD

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律，將已知的兩個熱化學(xué)方程式疊加，可得待求反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

②電解時，陽極CH4發(fā)生氧化反應(yīng)變?yōu)?/span>CO；陰極上CO2被還原為CO；

(2)根據(jù)EC、VCB核磁共振氫譜均只有一組峰，結(jié)合二者的分子式及均含五元環(huán)狀結(jié)構(gòu)，EC能水解生成乙二醇確定物質(zhì)結(jié)構(gòu)；

(3)(I)根據(jù)反應(yīng)熱為斷裂反應(yīng)物化學(xué)鍵吸收的能量與形成生成物化學(xué)鍵釋放的能量差計算反應(yīng)熱；

②(Ⅱ)根據(jù)兩個反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)的區(qū)別分析；

③根據(jù)題干信息及已知的方程式書寫待求的反應(yīng)方程式；

④根據(jù)①可知反應(yīng)C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，利用溫度、濃度對化學(xué)反應(yīng)速率和平衡移動的影響分析。

(1)①a.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H1=206kJ/mol，

b.CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) △H2=-165 kJ/mol，

根據(jù)蓋斯定律，將a×2+b，整理，可得反應(yīng)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的△H=+247kJ/mol。

②根據(jù)圖示可知：在陽極CH4失去電子，被氧化產(chǎn)生CO，電極反應(yīng)式為：CH4+O2--2e-=CO+2H2；

(2)EC、VCB核磁共振氫譜均只有一組峰，均含五元環(huán)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)合二者的分子式及EC能水解生成乙二醇確定物質(zhì)結(jié)構(gòu)，可知EC為，VCB為；

(3)(I)C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) 的反應(yīng)熱△H1=6C—H+C—C-4C—H-H—H-C=C=(2×413.4+347.7-615-436.0)kJ/mol=+123.5 kJ/mol；

(II)根據(jù)反應(yīng)方程式可知：反應(yīng)Ⅱ相當于反應(yīng)Ⅰ中乙烷熱解的產(chǎn)物H2，與CO2進一步發(fā)生反應(yīng)：CO2+H2CO+H2O，降低了反應(yīng)Ⅰ中生成物H2的濃度，減小生成物的濃度，化學(xué)平衡正向移動，使平衡向生成乙烯的方向移動，從而提高了原料的轉(zhuǎn)化率；

③有學(xué)者研究納米Cr2O3催化CO2氧化乙烷脫氫，通過XPS測定催化劑表面僅存在Cr6+和Cr3+，由于催化劑參加反應(yīng)，在反應(yīng)過程中被CO2氧化為+6價的CrO3，反應(yīng)前后質(zhì)量不變，則催化反應(yīng)歷程為：C2H6(g)→C2H4(g)+H2(g)，3CO2+Cr2O3=2CrO3+3CO和2CrO3+3H2=Cr2O3+3H2O；

④A.化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度相同，化學(xué)平衡常數(shù)相同，所以K1=K2；將容器1與容器2對比，容器2反應(yīng)相當于容器1反應(yīng)達到平衡后將容器的容積減小一半，增大壓強，物質(zhì)濃度增大，化學(xué)反應(yīng)速率加快，所以v1<v2，A正確；

B.容器1與容器3對比，相當于降低溫度，降低溫度，化學(xué)平衡向放熱的逆反應(yīng)方向移動，化學(xué)平衡常數(shù)減小，K3<K1；降低溫度，反應(yīng)速率降低，所以v1>v3，B錯誤；

C.容器2對于容器3來說，溫度升高，反應(yīng)物的物質(zhì)濃度大，所以反應(yīng)速率v2>v3；容器2對于容器1來說，相當于壓強是容器1的二倍，增大壓強，平衡逆向移動，所以c2<2c1；容器3相當對于容器1來說，相當于降低了容器的溫度，降低溫度，平衡逆向移動，所以c3<c1，因此c2、c3的關(guān)系可能c2<2c3，也可能c2>2c3，C錯誤；

D.根據(jù)選項C分析可知c2<2c1，c3<c1，所以c2+c3<3c1，D正確；

故合理選項是AD。