Question

16．科學(xué)家利用“組合轉(zhuǎn)化”等技術(shù)對CO₂進行綜合利用．如用H₂和CO₂在一定條件下可以合成乙烯：
6H₂（g）+2CO₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$C₂H₄ （g）+4H₂O（g）△H=a kJ/mol
（1）已知：①H₂和C₂H₄的燃燒熱分別為285.8kJ/mol和1411kJ/mol
②H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44kJ/mol，則a=-127.8kJ/mol．
（2）不同溫度對CO₂的轉(zhuǎn)化率及催化劑的效率影響如圖1所示，下列有關(guān)說法錯誤的是①②④（填序號）．

①M點的速率最大
②溫度低于250℃時，隨溫度升高乙烯的產(chǎn)率增大
③M點時平衡常數(shù)比N點時平衡常數(shù)大
④為提高 CO₂的轉(zhuǎn)化率應(yīng)在盡可能低的溫度下進行反應(yīng)
（3）若在密閉容器中充入體積比為 3：1的H₂和CO₂，則圖1中M點時，產(chǎn)物C₂H₄的體積分?jǐn)?shù)為7.7%；若要進一步提高乙烯的體積分?jǐn)?shù)，可采取的措施有增大壓強．
（4）如圖2，利用高溫電解技術(shù)可將CO₂轉(zhuǎn)化為高熱值的燃料CO氣體．
①電極a發(fā)生的反應(yīng)類型是還原（填“氧化”或“還原”）反應(yīng)．
②高溫電解的總反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CO₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2CO+O₂．

Answer 1

分析 （1）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8 kJ/mol；
    ②C₂H₄（g）+3O₂（g）=2H₂O（l）+2CO₂（g）△H=-1411.0kJ/mol；
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44kJ/mol
將方程式6①-②-4③得6H₂（g）+2CO₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$C₂H₄ （g）+4H₂O（g）△H進行相應(yīng)的改變；
（2）①溫度升高化學(xué)反應(yīng)速率加快，催化劑的催化效率降低；
②該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向移動；
③反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡逆向進行；
④溫度越低催化劑活性越小，反應(yīng)速率越慢；
（3）圖中M點時二氧化碳的轉(zhuǎn)化率50%，結(jié)合化學(xué)平衡三行計算列式得到，反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)增大壓強平衡正向進行；
（4）①根據(jù)圖知，a電極上二氧化碳反應(yīng)生成CO，C元素化合價由+4價變?yōu)?2價；
②將CO₂轉(zhuǎn)化為高熱值的燃料CO，依據(jù)原子守恒分析反應(yīng)生成一氧化碳和氧氣

解答 解：（1）①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8 kJ/mol；
    ②C₂H₄（g）+3O₂（g）=2H₂O（l）+2CO₂（g）△H=-1411.0kJ/mol；
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44kJ/mol
將方程式6①-②-4③得6H₂（g）+2CO₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$C₂H₄ （g）+4H₂O（g）△H=6（-285.8 kJ/mol ）-（-1411.0kJ/mol ）-4（-44kJ/mol）=-127.8kJ/mol；
故答案為：-127.8；
（2）①化學(xué)反應(yīng)速率隨溫度的升高而加快，催化劑的催化效率降低，所以v（M）有可能小于v（N），故①錯誤；
②溫度低于250℃時，隨溫度升高平衡逆向進行乙烯的產(chǎn)率減小，故②錯誤；
③升高溫度二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率減低，則升溫平衡逆向移動，所以M化學(xué)平衡常數(shù)大于N，故③正確；
④為提高CO₂的轉(zhuǎn)化率，平衡正向進行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，低的溫度下進行反應(yīng)，平衡正向進行，但催化劑的活性、反應(yīng)速率減小，故④錯誤；
故答案為：①②④；
（3）若在密閉容器中充入體積比為 3：1的 H₂ 和CO₂，設(shè)為3mol、1mol，則圖中M點時二氧化碳轉(zhuǎn)化率50%，
            6H₂（g）+2CO₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$C₂H₄ （g）+4H₂O（g）
起始量（mol）  3       1                          0             0
變化量（mol）  1.5     0.5                      0.25        1
平衡量（mol）  1.5     0.5                      0.25        1
產(chǎn)物CH₂=CH₂的體積分?jǐn)?shù)=$\frac{0.25}{1.5+0.5+0.25+1}$×100%=7.7%，
反應(yīng)前后氣體體積減小，若要進一步提高乙烯的體積分?jǐn)?shù)，可采取的措施有增大壓強平衡正向進行，
故答案為：7.7%，增大壓強；
（4）①根據(jù)圖知，a電極上二氧化碳反應(yīng)后生成CO，C元素化合價由+4價變?yōu)?2價，則二氧化碳得電子發(fā)生還原反應(yīng)，
故答案為：還原；
②將CO₂轉(zhuǎn)化為高熱值的燃料CO，依據(jù)原子守恒分析反應(yīng)生成一氧化碳和氧氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CO₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2CO+O₂，
故答案為：2CO₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2CO+O₂．

點評 本題考查蓋斯定律、電解原理、化學(xué)平衡計算等知識點，側(cè)重考查學(xué)生圖象分析、計算能力，明確化學(xué)反應(yīng)原理、電解原理是解本題關(guān)鍵，難點是電極反應(yīng)式的書寫，題目難度不大．