Question

【題目】“低碳生活，綠色出行”已經(jīng)成為很多人的生活理念。CO2的捕捉和利用也成為了科學(xué)家們積極探索的熱門領(lǐng)域。回答下列問題:

（1）用CO2催化加氫可制取乙烯，其能量關(guān)系如圖1，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式____________。

（2）以硫酸作電解質(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2。則A為電池的___極，N極的電極反應(yīng)式為_________________________。

（3）用CO2催化加氫制取二甲醚的反應(yīng)為:2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g)

在恒容密閉容器中，均充入2mol.CO2和6molH2，分別以Ir和Ce作催化劑，反應(yīng)進(jìn)行相同的時間后測得的CO2的轉(zhuǎn)化率a(CO2)隨反應(yīng)溫度的變化情況如圖3。

①用Ir和Ce作催化劑時，反應(yīng)的活化能更低的是_______。

②a、b、c、d和e五種狀態(tài)，反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)的是__________，反應(yīng)的△H ___0(填“>”、“=”或“<”)。

③從狀態(tài)a到c，CO2轉(zhuǎn)化率不斷增大的原因是________________________________。

④狀態(tài)e時，a(CO2)= 50%，若保持容器容積為10L，則此時的平衡常數(shù)K=____。

Answer 1

【答案】 CO2(g)+3H2(g)=== 1/2C2H4(g)+2H2O ΔH=－(b－a) kJ/mol 負(fù) 4OH――4e－=O2↑+2H2O或2H2O―4e－=O2↑+4H+ Ir d和e ＜ 狀態(tài)a和c均未達(dá)到平衡，從狀態(tài)a到c，溫度不斷升高，化學(xué)反應(yīng)速率不斷增大，故在相同時間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化量不斷增大、CO2的轉(zhuǎn)化率不斷增大 （或23.15）

【解析】（1）用CO2催化加氫可制取乙烯，由圖1可知，反應(yīng)物的鍵能總和為a kJ/mol、生成物的鍵能總和為b kJ/mol，所以，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式CO2(g)+3H2(g)=== 1/2C2H4(g)+2H2O ΔH=－(b－a) kJ/mol。

（2）以硫酸作電解質(zhì)溶液，利用太陽能電池將CO2轉(zhuǎn)化為乙烯。由其工作原理圖2可知，該裝置為電解池，M極上CO2被還原為乙烯，則M極為陰極、A為電池的負(fù)極，N極為陽極，氫氧根放電生成氧氣，電極反應(yīng)式為4OH――4e－=O2↑+2H2O或2H2O―4e－=O2↑+4H+。

（3）①由圖中信息可知，當(dāng)溫度為400K~800K時，反應(yīng)進(jìn)行相同的時間后測得Ir作催化劑的CO2的轉(zhuǎn)化率a(CO2)較高，說明Ir的催化效率更高，所以，用Ir和Ce作催化劑時，反應(yīng)的活化能更低的是Ir。

②由圖可知，當(dāng)溫度高于800K時，CO2的轉(zhuǎn)化率a(CO2)隨反應(yīng)溫度升高而減小，說明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動，在一定的溫度范圍內(nèi)，溫度越高化學(xué)反應(yīng)速率越快，所以，a、b、c、d和e五種狀態(tài)，反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)的是d和e，反應(yīng)的△H ＜0。

③從狀態(tài)a到c，CO2轉(zhuǎn)化率不斷增大的原因是：狀態(tài)a和c均未達(dá)到平衡，從狀態(tài)a到c，溫度不斷升高，化學(xué)反應(yīng)速率不斷增大，故在相同時間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化量不斷增大、CO2的轉(zhuǎn)化率不斷增大。

④狀態(tài)e為平衡狀態(tài)，a(CO2)= 50%，則CO2的變化量為1mol，H2、CH3OCH3、H2O的變化量分別為3mol、0.5mol、1.5mol，各組分的平衡量與變化量相同，若保持容器容積為10L，則CO2、H2、CH3OCH3、H2O的平衡濃度分別為0.1mol/L、0.3mol/L、0.05mol/L、0.15mol，此時的平衡常數(shù)K= （或23.15）。