Question

【题目】综合利用CO2、CO对构建低碳社会有重要意义。

（1）已知在298K和101kPa条件下，有如下反应：

反应Ⅰ：C（s） + O2（g） = CO2（g） △ H1＝－393.5 kJ·mol－1

反应Ⅱ：2C（s） + O2（g） = 2CO（g） △ H2＝－221 kJ·mol－1

反应Ⅲ：N2（g） + O2（g） = 2NO（g） △ H3＝＋180.5 kJ·mol－1

试回答下列问题：

①汽车尾气净化原理为反应Ⅳ：2NO（g） + 2CO（g） N2（g） + 2CO2（g） △ H＝______，该反应能自发进行的条件是_______。（填“高温”、“低温”或“任意温度”）。

②若一定温度下，在容积可变的密闭容器中，上述反应Ⅳ达到平衡状态，此时容积为3L， c（N2）随时间 t 的变化曲线 x 如图所示。若在t2min时升高温度，t3min时重新达到平衡，请在图中画出在 t2～t4 内 c（N2）的变化曲线。______________

（2）利用H2 和CO2在一定条件下可以合成乙烯：6H2＋2CO2CH2＝CH2＋4H2O

①不同温度对CO2的转化率及催化剂的催化效率的影响如图甲所示。

下列有关说法不正确的是_____（填序号）。

A．不同条件下反应，N点的速率最大

B．温度在约250℃时，催化剂的催化效率最高

C．相同条件下，乙烯的产量M点比N高

②若在密闭容器中充入体积比为 3∶1的 H2和CO2，则图甲中M点时，产物CH2＝CH2的体积分数为________。（保留两位有效数字）

（3）利用一种钾盐水溶液作电解质，CO2电催化还原为乙烯，如图乙所示。在阴极上产生乙烯的电极反应方程式为___________________________________。

Answer 1

【答案】 -746.5 kJ·mol－1 低温 A 7.7% 或0.077 2CO2+12H++12e﹣=CH2=CH2+4H2O

【解析】（1）①已知：

Ⅰ：C（s）+O2（g）=CO2（g） △H1＝－393.5 kJ·mol－1

Ⅱ：2C（s）+O2（g）=2CO（g） △H2＝－221 kJ·mol－1

Ⅲ：N2（g）+O2（g）=2NO（g） △H3＝＋180.5 kJ·mol－1

根据盖斯定律可知Ⅰ×2－Ⅱ－Ⅲ即得到反应Ⅳ：2NO（g）+2CO（g）N2（g）+2CO2（g）的反应热△H＝－746.5kJ·mol－1，由于正反应体积减小，即△S＜0，根据△G＝△H－T·△S＜0可知该反应能自发进行的条件是低温。②升高温度平衡向逆反应方向进行，氮气浓度减小，达到新平衡时不再发生变化，所以图像可表示为；（2）①A．温度越高，反应速率越大，但M、N点温度、催化剂均不同，则N点速率不是最大的，A错误；B．温度在约250℃时，催化剂的催化效率对应转化率最大，则催化剂的催化效率最高，B正确；C．转化率越大，乙烯的产量越大，则相同条件下，乙烯的产量M点比N高，C正确；答案选A；②图中M点时，转化率为50%，在密闭容器中充入体积比为3：1的H2和CO2，则

6H2＋2CO2CH2＝CH2＋4H2O

起始量（mol）3n n 0 0

转化量（mol）1.5n 0.5n 0.25n n

平衡量（mol）1.5n 0.5n 0.25n n

产物乙烯的体积分数为0.25n/(1.5n+0.5n+0.25n+n)×100%=7.7%或0.077。

（3）电解池的阴极发生得到电子的还原反应，即CO2得到电子转化为乙烯，电极反应式为2CO2+12H++12e﹣=CH2=CH2+4H2O。