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（1） △H1=akJmol-1

H2(g)+O2(g) ＝H2O（1） △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)％)的影响如图所示。

回答下列问题：

①压强p1、p2、p3的大小关系是________；Ka 、 Kb 、 Kc 为a、b、c三点对应的平衡常数，则其大小关系是_________。

②900℃、1.0 MPa时，足量碳与a molCO2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）① 以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4 为催化剂，可以将CO2 和CH4 直接转化成乙酸，CO2(g)+CH4(g)CH3COOH(g)。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如右图所示。250～300 ℃时，乙酸的生成速率降低的主要原因是_____________； 300～400℃时，乙酸的生成速率升高的主要原因是___________。

② 为了提高该反应中CO2的转化率，可以采取的措施是_____（写一条即可）。

（4）以铅蓄电池为电源可将CO2转化为乙烯，其原理如图所示，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0.5mol乙烯，理论上需消耗铅蓄电池中_____mol硫酸。

Answer 1

【答案】(3b-a-c ) p1＜p2＜p3 Ka＝Kb＜Kc 66.7% （或0.667） 3.2 MPa 催化剂的催化效率降低 温度升高，化学反应速率加快 增大反应体系压强或增大CH4的浓度或将乙酸液化分离出来 2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O 6

【解析】

本题需要根据盖斯定律进行计算△H，且根据三段式进行分析计算，压强之比等于物质的量之比。根据图像分析出反应C(s)＋CO2(g)2CO(g)减小压强反应向正方向进行，正反应为吸热反应，H＞0。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率，温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低，在300℃时失去活性，所以温度高于300℃时，乙酸的生成速率升高是由温度升高导致的，根据此分析进行解答。

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

②H2(g)+O2(g) ＝H2O（1） △H2=bkJmol-1

③H2O(g) ＝ H2O(l) △H3=ckJmol-1

则根据盖斯定律，由3②-①-③可得到 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，故△H= (3b-a-c ) kJmol-1。

故答案为(3b-a-c )

（2）①对于反应C(s)＋CO2(g)2CO(g)减小压强反应向正方向进行，由图可知相同温度时P1时的CO体积分数大于P2大于P3 故p1＜p2＜p3，相同压强时比较温度对反应的影响，同一压强下增大温度，CO的体积分数会增大，故正反应为吸热反应，H＞0，平衡常数只受反应温度影响，故在700℃下，Ka＝Kb，c点的温度高于a点和b点，温度升高反应正向进行故Ka＝Kb＜Kc。

②若起始压强为P0，达到平衡转化率为α，

C(s)＋CO2(g)2CO(g)

起始（mol） a 0

变化（mol） m 2m

平衡（mol） a-m 2m

故，，故CO2的转化率为≈66.7% （或0.667）。

压强之比等于物质的量之比，则反应的平衡常数Kp＝

故答案为 p1＜p2＜p3 Ka＝Kb＜Kc 66.7% （或0.667） 3.2 MPa

（3）①如图为不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系，温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低，在300℃时失去活性，所以温度高于300℃时，乙酸的生成速率升高是由温度升高导致的。

②为了提高该反应中CO2的转化率即使反应正向进行，可以增大压强或增大CH4的浓度或将乙酸液化分离出来。

故答案为 催化剂的催化效率降低 . 温度升高，化学反应速率加快 增大反应体系压强或增大CH4的浓度或将乙酸液化分离出来

（4）电解时，阴极得电子，发生还原反应，电极反应式是2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O。每生成0.5mol乙烯，消耗12molH+，故消耗6mol硫酸。

故答案为 催化剂的催化效率降低 . 温度升高，化学反应速率加快 增大反应体系压强或增大CH4的浓度或将乙酸液化分离出来

故答案为 2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O 6