Question

【题目】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%。减少CO2排放是一项重要课题。

（1）以CO2为原料制取碳(C)的太阳能工艺如图所示。

①过程1中每生成1molFeO转移电子数为_______________。

②过程2中发生反应的化学方程式为___________________________。

（2）碳酸二甲酯（CH3OCOOCH3，简称DMC）是一种应用前景广泛的新材料，用甲醇、CO、CO2在常压、70～120℃和催化剂条件下合成DMC。

已知：①CO的燃烧热为△H =﹣283.0 kJ·mol－1

②H2O(l)= H2O(g) △H ＝ + 44.0 kJ·mol－1

③2CH3OH(g)+CO2(g)CH3OCOOCH3 (g)+ H2O(g) △H ＝﹣15.5 kJ·mol－1

则2CH3OH(g)+CO(g)+1/2O2(g)CH3OCOOCH3 (g)+ H2O(l) △H ＝_______________。

（3）在密闭容器中按n(CH3OH):n(CO2)=2:1投料直接合成DMC，一定条件下，平衡时CO2的转化率如图所示，则：

①v(A)、v(B)、v(C)由快到慢的顺序为____________________；

②K(A)、K(B)、K(C)由大到小的顺序为___________________；

③下列能说明在此条件下反应达到平衡状态的是__________。

A．2v正(CH3OH)= v逆(CO2) B．CH3OH与CO2的物质的量之比保持不变

C．容器内气体的密度保持不变 D．各组分的物质的量分数保持不变

（4）CO2经催化加氢可以生成低碳烃，主要有以下两个竞争反应：

反应Ⅰ：CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)

反应II：2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g)

为分析催化剂对反应的选择性，在1 L密闭容器中充入1 molCO2和2 mol H2，测得有关物质的物质的量随温度变化如图所示。

①该催化剂在较低温度时主要选择________（填“反应Ⅰ”或“反应II”）。520℃时，反应II的平衡常数K=___________（只列算式不计算）。

②用惰性电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到乙烯，其原理如图所示。b电极上的电极反应式为______。

Answer 1

【答案】 2/3NA 6FeO+CO2C+2Fe3O4 ﹣342.5 kJ·mol-1 v(C)＞v(B)＞v(A) K(A)=K(B)＞K(C) D 反应Ⅰ 2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O

【解析】（1）①反应2Fe3O46FeO+O2↑中O元素化合价由-2价升高到0价，由方程式可知，2molFe3O4参加反应，生成1mol氧气，转移4mol电子，则每生成1molFeO转移电子为数为2/3NA；正确答案：2/3NA。

②由示意图可知，过程2中CO2和FeO反应生成Fe3O4和C，反应的方程式为6FeO+CO22Fe3O4+C；正确答案：6FeO+CO22Fe3O4+C。

（2）根据CO的燃烧热有①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) △H1＝283.0kJmol1，②H2O（l）=H2O(g) △H2＝+44kJmol1，③2CH3OH（g）＋CO2（g）CH3OCOOCH3（g）＋H2O（g）△H3＝15.5kJmol1，根据盖斯定律，所要求的方程式为上述三个方程式①+③-②即可得到，则△H=△H1-△H2+△H3=-342.5 kJmol1；正确答案：﹣342.5 kJ·mol-1 。

（3）①根据图像可知，温度越高速率越快，C点对应温度最高，所以v(C)最快；通过反应2CH3OH(g)+CO2(g) CH3OCOOCH3(g)+ H2O(g)可知，该反应是一个体积减小的可逆反应，在同一温度下，反应由A→B，二氧化碳的转化率增大，增大压强，平衡右移，因此P1<P2, B点对应的压强大，反应速率比A点快，因此v(A)、v(B)、v(C)由快到慢的顺序为v(C)＞v(B)＞v(A)；正确答案：v(C)＞v(B)＞v(A)。

②K只是温度的函数，C点对应温度最高，A、B两点对应温度相同，且低于C点；由图可知温度升高，二氧化碳的转化率减小，该反应为放热反应，温度升高，K减小；所以K(A)、K(B)、K(C)由大到小的顺序为K(A)=K(B)＞K(C) ；正确答案：K(A)=K(B)＞K(C)。

③甲醇与二氧化碳反应如下：2CH3OH(g)+CO2(g) CH3OCOOCH3(g)+ H2O(g)；根据速率之比和系数成正比规律，因此满足v正(CH3OH)=2v逆(CO2)，反应才能达到平衡状态，A错误；CH3OH与CO2均为反应物，二者反应均按系数比进行，因此CH3OH与CO2的物质的量之比保持不变不能确定反应达到平衡状态，B错误；反应前后气体的总质量不变，容器的体积不变，混合气体的密度恒为定值，不能判断反应达到平衡状态，C错误；各组分的物质的量分数保持不变，反应达到平衡状态，D正确；正确答案：D。

（4）①从图像可知，该催化剂在较低温度时，甲烷含量高，因此选择反应Ⅰ；根据图像可知：520℃时，生成乙烯的量为0.2mol,密闭容器体积为1 L，根据反应方程式进行计算如下：

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

起始量 1 2 0 0

变化量 0.4 1.2 0.2 0.8

平衡量 0.6 0.8 0.2 0.8

反应II的平衡常数K= (0.2/1) ×(0.8/1)4/(0.8/1)6×(0.6/1)2= ；正确答案：反应Ⅰ；。

②根据图示可知，b为电解池的阴极，发生还原反应，二氧化碳被还原为乙烯，b电极上的电极反应式为：2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O；正确答案：2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O。