Question

【题目】随着现代工业的发展，二氧化碳污染的处理成为科学研究的重点，回答下列问题：

I.有人提出利用H2还原CO2使其转化为有机化工的主要原料乙烯。

(1)查阅资料：H2的燃烧热为285.8kJ/mol，C2H4的燃烧热为l41lkJ/mol，lmolH2O(1)转化为H2O(g)需吸收44kJ的热量。则反应6H2(g)+2CO2(g) C2H4(g)+4H2O(g)

△H=___________kJ/mol。

(2)下图是探究不同温度对CO2的转化率和催化剂的催化效率影响的示意图。

①生产中通常选用的温度最好是___________，理由是___________。

②图中表示的化学平衡常数：M___________N(填>、=、<)

③250℃时，在2L密闭容器中分别充入6molH2和2 molCO2，到达平衡时体系中C2H4的体积分数为___________。

Ⅱ.CO在一定条件下，能与H2合成二甲醚：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)。

(1)在1L的密闭容器中分别充入2.5molH2与 bmol CO2发生反应，在不同温度下达到平衡状态时测得实验数据如下表：

①到达平衡时若升高温度，则上述平衡___________方向移动（填“正反应”或“逆反应”）。

②转化率：x___________y（填>、=、<）

(2)新型高效的二甲醚燃料电池工作时总反应式：CH3OCH3+3O2=2CO2+3H2O。

①该电池的负极是___________(填a或b)，负极电极反应式为___________；

②利用该电池冶铝，若制得金属铝54g理论上消耗二甲醚___________g。

Answer 1

【答案】-127.8 250℃ 此时催化剂活性最高 > 7.7%或1/13 逆反应 > a CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2↑+12H+ 23

【解析】

I.(1)根据燃烧热的概念和题意写出热化学方程式：H2(g)+0.5O2(g)=H2O(1)△H=-285.8kJ/mol①；C2H4(g)+3O2(g)=2H2O(l)+2CO2(g)△H=-1411.0kJ·mol－1②；H2O(g)=H2O(l)△H=-44kJ·mol－1③；利用盖斯定律将①×6-②-③×4可得。

(2)①根据图示催化剂的反应活性和温度对速率、平衡的影响综合考虑：此时催化剂活性最高。

②升高温度二氧化碳的平衡转化率减低，则升温平衡逆向移动，所以M点化学平衡常数大于N点；

③根据三段式计算；

Ⅱ.(1)①分析表格数据，根据温度对CO2的转化率影响分析；

②由CO2起始物质的量为1.25mol时，温度越高，CO2的转化率越小，说明正反应是放热反应，故结合表格分析。

(2)①根据电子流动方向和氢离子移动方向可知，通入a的电极为负极；电极反应为：CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2↑+12H+

②根据关系式4Al～12e－～CH3OCH3计算。

(1)根据H2(g)的燃烧热为285.8kJ·mol－1，则其热化学方程式为:H2(g)+0.5O2(g)=H2O(1)△H=-285.8kJ/mol①；CH2=CH2(g)的燃烧热为1411.0kJ·mol－1，其热化学方程式为：C2H4(g)+3O2(g)=2H2O(l)+2CO2(g)△H=-1411.0kJ·mol－1②；H2O(g)=H2O(l)△H=-44kJ·mol－1③；利用盖斯定律将①×6-②-③×4可得:6H2(g)+2CO2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g)△H=-127.8kJ·mol－1。

(2)①如图所示，化学反应速率随温度的升高而加快，催化剂的催化效率随温度升高先增大后降低，所以根据催化剂的反应活性和温度对速率、平衡的综合影响角度，最好选择250℃；

②升高温度二氧化碳的平衡转化率减小，则升温平衡逆向移动，所以M点化学平衡常数大于N点；

③在2L密闭容器中分别充入6 mol H2和2 mol CO2，由图可知250℃时，M点的二氧化碳转化率50%，由方程式可得

6H2(g)+2CO2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g)

起始量(mol·L－1) 3 1 0 0

变化量(mol·L－1) 1.5 0.5 0.25 1

平衡量(mol·L－1) 1.5 0.5 0.25 1

产物CH2=CH2的体积分数= =7.7%

Ⅱ.(1)①分析表格可知，当CO2起始物质的量为1.25mol时，温度越低，CO2的转化率越大，说明降低温度平衡向正反应方向移动，故升高温度平衡向逆反应方向移动；

②由CO2起始物质的量为1.25mol时，温度越高，CO2的转化率越小，说明正反应是放热反应，故结合表格可知w<32，x>33；由于CO2（g）、H2（g）按物质的量1:3反应，H2(g)物质的量为2.5mol，CO2的物质的量(b)越大，CO2的转化率越小，则y<w，综合上述分析可知x>33>32>w>y；

(2)①根据图知交换膜是质子交换膜，则电解质溶液呈酸性，根据电子流动方向和氢离子移动方向可知，通入a的电极为负极、通入b的电极为正极，负极上二甲醚失去电子发生氧化反应生成二氧化碳，负极反应式为 CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2↑+12H+；根据电子守恒，可以建立关系式4Al～12e－～CH3OCH3，由此可得若制得金属铝54g，理论上消耗甲醇23g。