Question

9．綜合利用CO₂、CO對(duì)構(gòu)建低碳社會(huì)有重要意義．
（1）利用H₂和CO在一定條件下發(fā)生如下反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）（放熱反應(yīng)）．對(duì)此反應(yīng)進(jìn)行如下研究：在恒溫，體積為2L的密閉容器中分別充入1.2mol CO和1mol H₂，10min后達(dá)到平衡，測(cè)得含有0.4mol CH₃OH（g）．
①10min后達(dá)到平衡時(shí)CO的濃度為0.4mol/L；
②10min內(nèi)用H₂表示的平均反應(yīng)速率為0.04mol/（L．min）；
③若要加快CH₃OH的生成速率，可采取的措施有增大壓強(qiáng)（填一種合理的措施）
（2）利用H₂和CO₂在一定條件下可以合成乙烯：6H₂+2CO₂$\stackrel{催化劑}{?}$  CH₂═CH₂+4H₂O
①已知：4.4gCO₂與H₂完全轉(zhuǎn)化為CH₂═CH₂和水（氣態(tài)）共放出6.39kJ的熱量，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式6H₂（g）+2CO₂（g） CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H=-127.8 kJ/mol．
②不同溫度對(duì)CO₂的轉(zhuǎn)化率及催化劑的催化效率的影響如圖甲所示．

下列有關(guān)說法不正確的是a（填序號(hào)）．
a．不同條件下反應(yīng)，N點(diǎn)的速率最大
b．溫度在約250℃時(shí)，催化劑的催化效率最高
c．相同條件下，乙烯的產(chǎn)量M點(diǎn)比N高
③若在密閉容器中充入體積比為 3：1的 H₂和CO₂，則圖甲中M點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)物CH₂═CH₂的體積分?jǐn)?shù)為7.7%．（保留兩位有效數(shù)字）
（3）利用一種鉀鹽水溶液作電解質(zhì)，CO₂電催化還原為乙烯，如圖乙所示．在陰極上產(chǎn)生乙烯的電極反應(yīng)方程式為2CO₂+12H⁺+12e^-═CH₂=CH₂+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始量（mol）：1.2           1             0
轉(zhuǎn)化量（mol）：0.4        0.8             0.4
平衡量（mol）：0.8        0.2             0.4
①結(jié)合c=$\frac{n}{V}$計(jì)算；
②結(jié)合v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；
③由于反應(yīng)是體積減小的反應(yīng)，因此可以通過增大壓強(qiáng)的方法提高CH₃OH的生成速率，而且能使產(chǎn)物的產(chǎn)率增大；
（2）①4.4gCO₂與H₂完全轉(zhuǎn)化為CH₂═CH₂和水（氣態(tài)）共放出6.39kJ的熱量，也即0.01mol的CO₂與H₂完全反應(yīng)放出6.39kJ的熱量，故2molCO₂與H₂完全反應(yīng)放出的熱量為：6.39kJ×20=127.8kJ，由此書寫熱化學(xué)方程式；
②a．溫度越高，反應(yīng)速率越大；
b．溫度在約250℃時(shí)，催化劑的催化效率對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化率最大；
c．轉(zhuǎn)化率越大，乙烯的產(chǎn)量越大；
③圖中M點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)化率為50%，在密閉容器中充入體積比為 3：1的 H₂和CO₂，
對(duì)于反應(yīng)6H₂（g）+2CO₂（g）=CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）
起始量：3                 1               0                  0
轉(zhuǎn)化量：1.5               0.5              0.25              1
剩余量：1.5               0.5            0.25                1
產(chǎn)物CH₂═CH₂的體積分?jǐn)?shù)為$\frac{0.25}{1.5+0.5+0.25+1}$×100%，進(jìn)行計(jì)算；
（3）在電解池中，電源正極連接電解池陰極，在陰極處得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，發(fā)生的反應(yīng)為二氧化碳與氫離子反應(yīng)生成乙烯和水．

解答 解：（1）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始量（mol）：1.2          1                0
轉(zhuǎn)化量（mol）：0.4          0.8              0.4
平衡量（mol）：0.8          0.2              0.4
①達(dá)到平衡時(shí)CO的濃度為$\frac{0.8mol}{2L}$=0.4mol/L 
 故答案為：0.4mol/L；
②10min內(nèi)用H₂的濃度變化量△c（H₂）=$\frac{0.8mol}{2L}$=0.4mol/L，
10min內(nèi)用H₂表示的平均反應(yīng)速率v=$\frac{△c（H2）}{△t}$=0.04mol/（L．min）
 故答案為：0.04mol/（L．min）；
③由于反應(yīng)是體積減小的反應(yīng)，因此可以通過增大壓強(qiáng)的方法提高CH₃OH的生成速率，而且能使產(chǎn)物的產(chǎn)率增大．
 故答案為：增大壓強(qiáng)；
（2）①4.4gCO₂與H₂完全轉(zhuǎn)化為CH₂═CH₂和水（氣態(tài)）共放出6.39kJ的熱量，也即0.01mol的CO₂與H₂完全反應(yīng)放出6.39kJ的熱量，故2molCO₂與H₂完全反應(yīng)放出的熱量為：6.39kJ×20=127.8kJ，熱化學(xué)方程式為6H₂（g）+2CO₂（g） CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H=-127.8  kJ/mol，
故答案為：6H₂（g）+2CO₂（g） CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H=-127.8  kJ/mol；
②a、溫度越高，反應(yīng)速率越快，N點(diǎn)的溫度不是最高的溫度，故a不正確；
b、讀圖可知，溫度在約250℃時(shí)，催化劑的催化效率最高，故b正確；
c、讀圖可知，M點(diǎn)比N的CO₂的轉(zhuǎn)化率高，乙烯的產(chǎn)量也高，故c正確；
故選：a．
③對(duì)于反應(yīng)6H₂（g）+2CO₂（g）=CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）
    起始量：3              1                    0                     0
     轉(zhuǎn)化量：1.5          0.5              0.25                  1
     剩余量：1.5          0.5              0.25                  1
所以產(chǎn)物CH₂═CH₂的體積分?jǐn)?shù)為$\frac{0.25}{1.5+0.5+0.25+1}$×100%≈7.7%
故答案為：7.7% 或0.077；
（3）分析可知，電源的正極連接電解池的陰極，所以銅片為陰極，發(fā)生的反應(yīng)為二氧化碳與氫離子反應(yīng)生成乙烯和水，方程式為2CO₂+12H⁺+12e^-═CH₂=CH₂+4H₂O，
故答案為：2CO₂+12H⁺+12e^-═CH₂=CH₂+4H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，把握?qǐng)D中溫度與平衡的影響、平衡移動(dòng)、平衡計(jì)算為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，注意化學(xué)平衡三段法的應(yīng)用，題目難度不大．