Question

【题目】CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体，中国政府承诺，到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%．CO2的综合利用是解决温室问题的有效途径。

（1）研究表明CO2和H2在催化剂存在下可发生反应生成CH3OH．己知部分反应的热化学方程式如下：

CH3OH(g)+O2(g)= CO2(g)+2H2O(l)△H1= akJmol-1

H2(g)+O2(g)= H2O(l)△H2= bkJmol-1

H2O(g)= H2O(l)△H3= ckJmol-1

则CO2(g)+ 3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g)△H = ______kJmol-1

（2）为研究CO2与CO之间的转化，让一定量的CO2与足量碳在体积可变的密闭容器中反应：C(s)+CO2(g)2CO(g)△H，反应达平衡后，测得压强、温度对CO的体积分数（φ（CO）%）的影响如图1所示。

回答下列问题：

①压强p1、p2、p3的由大到小关系是______；Ka、Kb、Kc为a、b、c三点对应的平衡常数，则其大小关系是______。

②900℃、1.0MPa时，足量碳与amolCO2反应达平衡后，CO2的转化率为______（保留三位有效数字），该反应的平衡常数Kp=______（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。

（3）以铅蓄电池为电源可将CO2转化为乙烯，其原理如图3所示，电解所用电极材料均为惰性电极。阴极上的电极反应式为______；每生成3.36L(标准状况)乙烯，理论上需消耗铅蓄电池中______mol硫酸。

Answer 1

【答案】 P3>P2>P1 1.8

【解析】

(1).利用盖斯定律进行计算解答；

(2).①根据反应C(s)+CO2(g)2CO(g)，是气体分子数增多的反应，随着反应进行，体系压强增大；化学平衡常数只随温度的改变而改变；

②900℃、1.0MPa时，图像中平衡时CO的体积分数为80%，计算CO2转化的量，转化率=，将各组分的平衡浓度代入平衡常数表达式计算化学平衡常数；

（3）根据图知，右侧电极上OH-放电生成O2，则右侧电极为阳极，左侧电极为阴极，连接电解池阴极的电极为原电池负极、连接电解池阳极的电极为原电池正极；电解过程中阳极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，阳极附近有H+生成；阴极反应式为2CO2+12H++12e-═C2H4+4H2O，阴极上二氧化碳得电子和氢离子反应生成乙烯和水；铅蓄电池反应式为Pb+PbO2+2H2SO4═2PbSO4+2H2O，串联电路中转移电子相等，据此计算消耗硫酸物质的量。

(1).已知①CH3OH(g)+O2(g)= CO2(g)+2H2O(l)△H1= akJmol-1

②H2(g)+O2(g)= H2O(l)△H2= bkJmol-1

③H2O(g)= H2O(l)△H3= ckJmol-1

根据盖斯定律知，②×3①③得：CO2(g)+ 3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g)△H= 3bac kJ/mol；

(2).①反应C(s)+CO2(g)2CO(g)是气体分子数增多的反应，随着反应进行，体系压强增大，减小压强有助于化学平衡正向移动，表明低压强对应着高的CO体积分数，则p1、p2、p3的大小关系是：p3>p2>p1；化学平衡常数只随温度的改变而改变，升高温度，正反应方向为吸热反应，正反应趋势增大，化学平衡常数增大，则a、b、c三点对应的平衡常数大小关系是：Ka=Kb<Kc；

②900℃、1.0MPa时，设反应转化的CO2的物质的量为x，列“三段式”：

则平衡时n(CO)=2x，n(CO2)=ax，根据图像，平衡时CO的体积分数为80%，则×100%=80%，解得：x=a，

则CO2的转化率为：×100%=66.7%，

Kp= = ；

（3）阴极上二氧化碳得电子和氢离子反应生成乙烯和水，电极反应式为， 铅蓄电池反应式为：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4↓+2H2O，串联电路中转移电子相等，生成1mol乙烯转移12mol电子，转移2mol电子消耗2mol硫酸，V乙烯=3.36L，n===0.15mol，生成0.15mol乙烯转移1.8mol电子，转移1.8mol电子消耗1.8mol硫酸；