Question

【题目】科学家积极探索新技术对CO2进行综合利用。请回答下列问题:

（1）已知: H2的燃烧热为285.8kJ/mol,C2H4的燃烧热为1411.0kJ/mol,且H2O(g)=H2O(l)ΔH=-44.0kJ/mol,则CO2 和H2反应生成乙烯和水蒸气的热化学方程式为____________,上述反应在__________下自发进行(填“高温”或“低温”)。

（2）乙烯是一种重要的气体燃料，可与氧气、熔融碳酸钠组成燃料电池。写出该燃料电池负极的电极反应式:_______________________.

（3）在体积为1L的密闭容器中，充入3mol H2和1mol CO2,测得温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示。

①平衡常数: KM__________KN (填“>”“<”或“=”)。

②下列说法正确的是_________(填序号)。

A.当混合气体密度不变时，说明反应达到平衡状态

B.当压强或n(H2)/n(CO2)不变时，均可证明反应已达平衡状态

C.当温度高于250℃时，因为催化剂的催化效率降低，所以平衡向逆反应方向移动

D.若将容器由“恒容”换为“恒压”，其他条件不变，则CO2的平衡转化率增大

③250℃时，将平衡后的混合气体(不考虑平衡移动) 通入300mL 3mol/L的NaOH溶液中充分反应，则所得溶液中所有离子的浓度大小关系为__________

④图中M点对应乙烯的质量分数为_____________。

（5）达平衡后，将容器体积瞬间扩大至2L并保持不变，平衡向_____移动(填“正向”“逆向”或“不”),容器内混合气体的平均相对分子质量______(填“增大”“减小”或“不变”)。

Answer 1

【答案】 2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH=-127.8kJ/mol 低温 C2H4-12e-+6CO32-=8CO2+2H2O > D c(Na+)>c(CO32-)>c(HCO3-)>c(H+) 14%或0.14 逆向 减小

【解析】(1).根据题给信息分别写出三个热化学反应方程式：H2O(g)=H2O(l)ΔH=-44.0kJ/mol，C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l) △H=-1411.0kJ·mol- ，H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJ/mol；根据盖斯定律，整理出热化学方程式并计算出反应的ΔH；正确答案:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH=-127.8kJ/mol；该反应为一个S<0,ΔH<0的反应，在低温下能够进行；正确答案：低温；

（2）乙烯气体与氧气形成的燃料电池，电解质为熔融碳酸钠；乙烯做负极被氧化生成二氧化碳；根据电子守恒和电荷守恒规律，极反应为： C2H4-12e-+6CO32-=8CO2+2H2O；正确答案：C2H4-12e-+6CO32-=8CO2+2H2O；

（3从图像看出，温度升高，二氧化碳的转化率降低，该反应正反应为放热反应；升高温度，平衡左移，平衡常数减小；

①正确答案:KM >KN；

② 可逆反应：2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH=-127.8kJ/mol；其他条件下不变，反应前后的气体的总质量不变，容器的体积不变，混合气体密度恒为定值，无法判定平衡状态，A错误；该反应为反应前后气体总量减少的反应，压强不变可以判定反应达平衡状态，但是氢气、二氧化碳均为反应物，按一定比例关系进行反应，n(H2)/n(CO2)始终保持不变，无法判定平衡状态， B错误；温度高于250℃时，催化剂的催化效率降低，但是催化剂对平衡的移动无影响，向左移动是因为温度升高的缘故；C错误；该反应为气体体积减少的的反应，若将容器由“恒容”换为“恒压”，其他条件不变，相当于加压的过程，平衡右移，CO2的平衡转化率增大，D正确；正确答案：D；

③250℃时，根据图像看出，二氧化碳的转化率为50%，平衡后剩余二氧化碳的量1×50%=0.5mol，设反应生成碳酸氢钠xmol,碳酸钠y mol，根据碳原子守恒：x+y=0.5；根据钠离子守恒：x+2y=3×0.3，解之，x= 0.1mol ，y=0.4mol；即碳酸氢钠0.1mol，碳酸钠 0.4mol， 碳酸钠的量比碳酸氢钠大，CO32-水解很少，剩余得多；所以c(CO32-)>c(HCO3-)；溶液中离子浓度大小关系：c(Na+)>c(CO32-)>c(HCO3-)>c(H+)；正确答案：c(Na+)>c(CO32-)>c(HCO3-)>c(H+)；

④可逆反应： 2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g) + 4H2O(g)

起始量：1 3 0 0

变化量 1×50% 3×50% 0.5×50% 2×50%

平衡量 0.5 1.5 0.25 1

混合气体的总质量：1×44+3×2=50g， 乙烯的质量：0.25×28=7 g，所以乙烯的质量分数为7÷50×100%= 14%或0.14；正确答案：14%或0.14；

（5）增大体积，相当于减压，平衡向左移动；正确答案：逆向；反应前后混合气体的总质量不变，体积变大，所以密度减少；正确答案：减小；