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。请你结合所学知识回答：

（1）①用CO2催化加氢可制取乙烯：CO2（g）+3H2（g）1/2C2H4（g）+ 2H2O（g），若 该反应体系的能量随反应过程变化关系如下图所示， 则该反应的△H =______（用含a、b的式子表示）。

已知：几种化学键的键能如下表所示，实验测得上述反应的△H=-152kJmol﹣1，则表中的x=___________。

化学键	C=O	H-H	C=C	C-H	H-O
键能/kJmol﹣1	803	436	x	414	464

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下图所示。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__________。

（2）用CO2催化加氢可以制取乙醚的反应如下：2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+ 3H2O（g） △H=﹣122.5 kJmol﹣1，某压强下，合成二甲醚的反应在不同温度、不同投料比时，CO2的平衡转化率如下图所示。

①T1_______T2（填“<”、“=”或“>”），判断理由是__________________________。

②T1温度下，将6 mol CO2和12mol H2充入2 L的密闭容器中，经过5 min反应达到平衡，则0～ 5 min内的平均反应速率υ（CH3OCH3）=______。

③一定条件下，上述合成二甲醚的反应达到平衡状态后，若改变反应的某个条件，下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是______（填标号）。

A．逆反应速率先增大后减小 B．容器中 c（H2）/c（CO2）的比值减小

C．H2的转化率增大

Answer 1

【答案】 -（b-a）kJmol﹣1 764 kJmol﹣1 2H2O-4e-═4H++O2↑ 2CO2+2H2O C2H4+3O2↑ < 因为反应放热，相同配比投料时， T1温度下转化率大于T2温度下的转化率，平衡逆向移动，可知T1<T2 0.18 molL﹣1min﹣1 C

【解析】试题分析：本题考查反应热的计算，电解原理的应用和电极反应式、电解方程式的书写，化学平衡图像的分析，化学反应速率的计算以及外界条件对化学平衡的影响。

（1）①由图知CO2（g）+3molH2（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。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）]=2803kJ/mol+3436kJ/mol-[1/2x+2414kJ/mol+4464kJ/mol]=-152kJ/mol，解得x=764kJ/mol。

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，M极上的电极反应式为2CO2+12e-+12H+=C2H4+4H2O；N电极为阳极，N电极上生成O2， N极上的电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+。则电解池中所发生的总反应的化学方程式为2CO2+2H2OC2H4+3O2。

（2）①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。

②H2与CO2的投料比为12mol6mol=2，根据图像投料比为2时，T1温度下CO2的平衡转化率为60%。转化CO2物质的量浓度为60%=1.8mol/L，则转化CH3OCH3（g）物质的量浓度为0.9mol/L，0~5min内平均反应速率υ（CH3OCH3）=0.9mol/L5min=0.18mol/（L·min）。

③A，逆反应速率先增大后减小，平衡一定向逆反应方向移动；B，容器中c（H2）/c（CO2）的比值减小，可能增大CO2浓度、减小H2浓度，增大CO2浓度平衡向正反应方向移动，减小H2浓度平衡向逆反应方向移动；C，H2的转化率增大，平衡一定向正反应方向移动；改变某个条件，平衡一定向正反应方向移动的是C，答案选C。