Question

【題目】乙烯是重要的化工原料。用CO2催化加氫可制取乙烯：2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH<0

(1)若該反應(yīng)體系的能量隨反應(yīng)過(guò)程變化關(guān)系如圖所示，則該反應(yīng)的ΔH=_________kJ·mol1。(用含a、b的式子表示)

(2)幾種化學(xué)鍵的鍵能如表所示，實(shí)驗(yàn)測(cè)得上述反應(yīng)的ΔH= 152 kJ·mol1，則表中的x=___________。

化學(xué)鍵	C=O	H-H	C=C	C-H	O-H
鍵能/(kJ·mol-1)	803	436	x	414	463

(3)向1 L恒容密閉容器中通入1 mol CO2和n mol H2，在一定條件下發(fā)生上述反應(yīng)，測(cè)得CO2的轉(zhuǎn)化率α(CO2)與反應(yīng)溫度、投料比X[ n(H2)/n(CO2 )]的關(guān)系如圖所示。

①X1_________(填“>”、“<”或“=”，下同)X2；

②平衡常數(shù)KA_______KB，KB________KC；

③若B點(diǎn)時(shí)X=3，則平衡常數(shù)KB=_____________(代入數(shù)據(jù)列出算式即可)；

④下列措施能同時(shí)滿足增大反應(yīng)速率和提高CO2轉(zhuǎn)化率的是（__________）

a．升高溫度 b．加入催化劑 c．增大投料比X d．將產(chǎn)物從反應(yīng)體系中分離出來(lái)

(4)以稀硫酸為電解質(zhì)溶液，利用太陽(yáng)能電池將CO2轉(zhuǎn)化為乙烯的工作原理如圖所示。則N極上的電極反應(yīng)式為：_______________；該電解池中所發(fā)生的總反應(yīng)的化學(xué)方程式為：__________________。

Answer 1

【答案】―2(b―a) 620 < = > c 2H2O－4e-= 4H+ + O2↑ 2CO2+2H2O C2H4+3O2

【解析】

（1）由圖可知反應(yīng)2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱為圖示的2倍；

（2）由反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總能鍵能計(jì)算；

(3)①增大氫氣的物質(zhì)的量，平衡右移，新平衡時(shí)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大；

②該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小；

③若B點(diǎn)時(shí)X=3，由圖可知CO2的轉(zhuǎn)化率α(CO2)為75%，建立三段式計(jì)算平衡常數(shù)；

④升高溫度，反應(yīng)速率增大，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；加入催化劑，反應(yīng)速率增大，平衡不移動(dòng)；增大投料比X，反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；將產(chǎn)物從反應(yīng)體系中分離出來(lái)，反應(yīng)速率減小，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；

（4）由圖可知M極二氧化碳生成乙烯，為電解池的陰極，N極為電解池的陽(yáng)極，溶液中水參與放電生成氧氣。

（1）反應(yīng)熱ΔH等于正反應(yīng)的活化能與逆反應(yīng)的活化能的差。由圖可知反應(yīng)2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱ΔH為圖示的2倍，則ΔH=—2（b-a）kJ·mol1，故答案為：—2（b-a）；

（2）由反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總能鍵能可得△H=（4×804+12×436-4×414-x-8×463）kJmol-1=-152kJmol-1，解得X=620kJ/mol，故答案為：620；

(3)①增大氫氣的物質(zhì)的量，平衡右移，新平衡時(shí)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，由圖可知，相同溫度時(shí)，曲線X1二氧化碳的轉(zhuǎn)化率小于X2，則投料比X[ n(H2)/n(CO2 )]的關(guān)系為X1＜X2，故答案為：＜；

②該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，由圖可知反應(yīng)溫度A=B＜C，則平衡常數(shù)KA=KB，KB＞KC，故答案為：=；＞；

③若B點(diǎn)時(shí)X=3，由圖可知CO2的轉(zhuǎn)化率α(CO2)為75%，由此建立如下三段式：

2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)

起（mol/L） 1 3 0 0

變（mol/L） 0.75 2.25 0.375 1.5

平（mol/L） 0.25 0.75 0.375 1.5

則平衡常數(shù)KB==，故答案為：；

④a、升高溫度，反應(yīng)速率增大，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO2轉(zhuǎn)化率的轉(zhuǎn)化率減小，故錯(cuò)誤；

b、加入催化劑，反應(yīng)速率增大，平衡不移動(dòng)，CO2轉(zhuǎn)化率的轉(zhuǎn)化率不變，故錯(cuò)誤；

c、增大投料比X，反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO2轉(zhuǎn)化率的轉(zhuǎn)化率增大，故正確；

d、將產(chǎn)物從反應(yīng)體系中分離出來(lái)，反應(yīng)速率減小，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO2轉(zhuǎn)化率的轉(zhuǎn)化率增大，故錯(cuò)誤；

故選c，故答案為：c；

（4））由圖可知M極二氧化碳生成乙烯，為電解池的陰極，電極反應(yīng)式為2CO2+12H++12e-=

CH2=CH2+4H2O，N極為電解池的陽(yáng)極，溶液中水參與放電生成氧氣，電極反應(yīng)式為2H2O-4e-=

4H++O2，總反應(yīng)方程式為2CO2+2H2OC2H4+3O2，故答案為：2H2O-4e-=4H++O2；2CO2+2H2OC2H4+3O2。