Question

【题目】低碳经济成为人们一种新的生活理念，二氧化碳的捕捉和利用是能源领域的一个重要研究方向。请你结合下列有关图示和所学知识回答：

I．用CO2催化加氢可以制取乙烯：CO2（g）+3H2（g）1/2C2H4（g）+2H2O（g）。

(l)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△H =___________（用含a、b的式子表示）；又知：相关化学键的键能如下表所示，实验测得上述反应的△H =-152 kJ/mol，则表中的x= ___。

(2)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M极上的电极反应式为____。

II．用CO2催化加氢还可以制取二甲醚：2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）△H =-122.5kJ/mol，某压强下，合成二甲醚的反应在不同温度、不同投料比时，CO2的平衡转化率如图所示。

(3)图中T1、T2分别表示反应温度，判断T1、T2大小关系的依据是____；图中A、B、C三点对应的平衡常数分别为KA、KB、Kc，其三者大小的关系是____。

(4)T1温度下，将6molCO2和12molH2充入2L的密闭容器中，经过5min反应达到平衡，则0～5min内的平均反应速率υ(H2)=_______，平衡常数K=__（列出计算式即可）。

Answer 1

【答案】-（b-a）kJmol-1 764 kJmol-1 2CO2+12e-+12H+=C2H4+4H2O 该反应的正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，CO2的转化率减小，根据图像知在投料比相同时，T1平衡时CO2的转化率大于T2，则T1<T2 KA=Kc＞KB 1.08 mol/（L·min）

【解析】

（1）由图知反应物总能量大于生成物总能量，该反应为放热反应；依据反应热ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和计算x；

（2）根据图示，在M电极上CO2发生得电子的还原反应生成C2H4，M电极为阴极；

（3）该反应的正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动；温度不变，化学平衡常数不变，升高温度，化学平衡常数减小；

（4）建立三段式，依据三段式计算反应速率和平衡常数。

（1）由图知CO2（g）+3H2（g）具有的总能量大于1/2C2H4（g）+2H2O（g）具有的总能量，该反应为放热反应，反应的ΔH=生成物具有的总能量-反应物具有的总能量=-（b-a）kJ/mol；反应热ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和=2E（C=O）+3E（H-H）-[1/2E（C=C）+2E（C-H）+4E（H-O）]=2×803kJ/mol+3×436kJ/mol-[1/2x+2×414kJ/mol+

4×464kJ/mol]=-152kJ/mol，解得x=764kJ/mol，故答案为：-（b-a）kJmol﹣1；764 kJmol﹣1；

（2）根据图示，在M电极上CO2发生得电子的还原反应生成C2H4，M电极为阴极，电极反应式为2CO2+12e-+12H+=C2H4+4H2O，故答案为：2CO2+12e-+12H+=C2H4+4H2O；

（3）该反应的正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，CO2的转化率减小，根据图像知在投料比相同时，T1平衡时CO2的转化率大于T2，则T1T2；由图可知，A、C温度相同，化学平衡常数相同，B点温度高于A、C，KA、KB、Kc三者大小的关系是KA=Kc＞KB，故答案为：该反应的正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，CO2的转化率减小，根据图像知在投料比相同时，T1平衡时CO2的转化率大于T2，则T1<T2；KA=Kc＞KB；

（4）由图可知，将6molCO2和12molH2充入2L的密闭容器中，经过5min反应达到平衡时，CO2的平衡转化率为60%，由题给数据建立如下三段式：

2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）

起（mol/L） 3 6 0 0

变（mol/L） 1.8 5.4 0.9 2.7

平（mol/L） 1.2 0.6 0.9 2.7

则0～5min内的平均反应速率υ(H2)= △c(H2)/ △t=5.4 mol/L/5min=1.08 mol/（L·min）；化学平衡常数K=c(CH3OCH3)c3(H2O) /[c2(CO2)c6(H2)]=（0.9×2.73）/（1.22×0.66），故答案为：1.08 mol/（L·min）；（0.9×2.73）/（1.22×0.66）。