Question

【题目】乙烯是重要的化工原料。用CO2催化加氢可制取乙烯：2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH<0

(1)若该反应体系的能量随反应过程变化关系如图所示，则该反应的ΔH=_________kJ·mol1。(用含a、b的式子表示)

(2)几种化学键的键能如表所示，实验测得上述反应的ΔH= 152 kJ·mol1，则表中的x=___________。

化学键	C=O	H-H	C=C	C-H	O-H
键能/(kJ·mol-1)	803	436	x	414	463

(3)向1 L恒容密闭容器中通入1 mol CO2和n mol H2，在一定条件下发生上述反应，测得CO2的转化率α(CO2)与反应温度、投料比X[ n(H2)/n(CO2 )]的关系如图所示。

①X1_________(填“>”、“<”或“=”，下同)X2；

②平衡常数KA_______KB，KB________KC；

③若B点时X=3，则平衡常数KB=_____________(代入数据列出算式即可)；

④下列措施能同时满足增大反应速率和提高CO2转化率的是（__________）

a．升高温度 b．加入催化剂 c．增大投料比X d．将产物从反应体系中分离出来

(4)以稀硫酸为电解质溶液，利用太阳能电池将CO2转化为乙烯的工作原理如图所示。则N极上的电极反应式为：_______________；该电解池中所发生的总反应的化学方程式为：__________________。

Answer 1

【答案】―2(b―a) 620 < = > c 2H2O－4e-= 4H+ + O2↑ 2CO2+2H2O C2H4+3O2

【解析】

（1）由图可知反应2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)为放热反应，反应热为图示的2倍；

（2）由反应热=反应物总键能-生成物总能键能计算；

(3)①增大氢气的物质的量，平衡右移，新平衡时二氧化碳的转化率增大；

②该反应为放热反应，升高温度，平衡逆反应方向移动，平衡常数减小；

③若B点时X=3，由图可知CO2的转化率α(CO2)为75%，建立三段式计算平衡常数；

④升高温度，反应速率增大，平衡向逆反应方向移动；加入催化剂，反应速率增大，平衡不移动；增大投料比X，反应速率增大，平衡向正反应方向移动；将产物从反应体系中分离出来，反应速率减小，平衡向正反应方向移动；

（4）由图可知M极二氧化碳生成乙烯，为电解池的阴极，N极为电解池的阳极，溶液中水参与放电生成氧气。

（1）反应热ΔH等于正反应的活化能与逆反应的活化能的差。由图可知反应2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)为放热反应，反应热ΔH为图示的2倍，则ΔH=—2（b-a）kJ·mol1，故答案为：—2（b-a）；

（2）由反应热=反应物总键能-生成物总能键能可得△H=（4×804+12×436-4×414-x-8×463）kJmol-1=-152kJmol-1，解得X=620kJ/mol，故答案为：620；

(3)①增大氢气的物质的量，平衡右移，新平衡时二氧化碳的转化率增大，由图可知，相同温度时，曲线X1二氧化碳的转化率小于X2，则投料比X[ n(H2)/n(CO2 )]的关系为X1＜X2，故答案为：＜；

②该反应为放热反应，升高温度，平衡逆反应方向移动，平衡常数减小，由图可知反应温度A=B＜C，则平衡常数KA=KB，KB＞KC，故答案为：=；＞；

③若B点时X=3，由图可知CO2的转化率α(CO2)为75%，由此建立如下三段式：

2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)

起（mol/L） 1 3 0 0

变（mol/L） 0.75 2.25 0.375 1.5

平（mol/L） 0.25 0.75 0.375 1.5

则平衡常数KB==，故答案为：；

④a、升高温度，反应速率增大，平衡向逆反应方向移动，CO2转化率的转化率减小，故错误；

b、加入催化剂，反应速率增大，平衡不移动，CO2转化率的转化率不变，故错误；

c、增大投料比X，反应速率增大，平衡向正反应方向移动，CO2转化率的转化率增大，故正确；

d、将产物从反应体系中分离出来，反应速率减小，平衡向正反应方向移动，CO2转化率的转化率增大，故错误；

故选c，故答案为：c；

（4））由图可知M极二氧化碳生成乙烯，为电解池的阴极，电极反应式为2CO2+12H++12e-=

CH2=CH2+4H2O，N极为电解池的阳极，溶液中水参与放电生成氧气，电极反应式为2H2O-4e-=

4H++O2，总反应方程式为2CO2+2H2OC2H4+3O2，故答案为：2H2O-4e-=4H++O2；2CO2+2H2OC2H4+3O2。