Question

【題目】CO2是目前大氣中含量最高的一種溫室氣體，中國政府承諾，到2020年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%。CO2的綜合利用是解決溫室問題的有效途徑。

(1)研究表明CO2和H2在催化劑存在下可發(fā)生反應(yīng)生成CH3OH。己知部分反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：

CH3OH(g)+ 3/2O2(g) ＝CO2(g)+2H2O(1) ΔH1=a kJ·mol1

H2(g)+1/2O2(g) ＝H2O(1) ΔH2=b kJ·mol1

H2O(g) ＝ H2O(l) ΔH3=c kJ·mol1

則 CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=_______kJ·mol1

(2)為研究CO2與CO之間的轉(zhuǎn)化，讓一定量的CO2與足量碳在體積可變的密閉容器中反應(yīng)：C(s)＋CO2(g) 2CO(g) ΔH，反應(yīng)達(dá)平衡后，測得壓強(qiáng)、溫度對CO的體積分?jǐn)?shù)(φ(CO)％)的影響如圖所示。

回答下列問題：

①壓強(qiáng)p1、p2、p3的大小關(guān)系是______；Ka 、 Kb 、 Kc 為a、b、c三點(diǎn)對應(yīng)的平衡常數(shù)，則其大小關(guān)系是______。

②900℃、1.0 MPa時(shí)，足量碳與a molCO2反應(yīng)達(dá)平衡后，CO2的轉(zhuǎn)化率為________ (保留三位有效數(shù)字)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝______(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

(3)以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4 為催化劑，可以將CO2 和CH4 直接轉(zhuǎn)化成乙酸，CO2(g)+CH4(g) CH3COOH(g)。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖所示。250～300 ℃時(shí)，乙酸的生成速率降低的主要原因是_______。

(4)以鉛蓄電池為電源可將CO2轉(zhuǎn)化為乙烯，其原理如圖所示，電解所用電極材料均為惰性電極。陰極上的電極反應(yīng)式為__________；每生成0.5mol乙烯，理論上需消耗鉛蓄電池中_____mol硫酸。

Answer 1

【答案】(3b-a-c ) p1＜p2＜p3 Ka＝Kb＜Kc 66.7% (或0.667) 3.2 Mpa 催化劑的催化效率降低 2CO2+12H++12e－ = CH2=CH2 +4H2O 6

【解析】

(1)第二個(gè)方程式2倍減去第一個(gè)方程式，再減去第三個(gè)方程式。

(2)①根據(jù)平衡移動(dòng)來分析壓強(qiáng)關(guān)系，根據(jù)溫度變化來判斷平衡常數(shù)；②分別假設(shè)計(jì)算出CO、CO2物質(zhì)的量，再計(jì)算CO2的轉(zhuǎn)化率和平衡常數(shù)。

(3)根據(jù)圖中信息分析出催化劑的催化效率降低。

(4)根據(jù)分析，左側(cè)CO2轉(zhuǎn)化為乙烯，化合價(jià)降低，得到電子，根據(jù)Pb + PbO2+ 2H2SO4＝2PbSO4+ 2H2O分析電子轉(zhuǎn)移與消耗硫酸關(guān)系。

(1)第二個(gè)方程式2倍減去第一個(gè)方程式，再減去第三個(gè)方程式得到CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=(3b－a－c) kJ·mol1；故答案為：(3b－a－c)。

(2)①從700℃分析，從下到上，CO體積分?jǐn)?shù)增大，則說明平衡正向移動(dòng)，該反應(yīng)是體積增大的反應(yīng)，即減小壓強(qiáng)，因此壓強(qiáng)p1、p2、p3的大小關(guān)系是p1＜p2＜p3；Ka、Kb、Kc為a、b、c三點(diǎn)對應(yīng)的平衡常數(shù)，a、b溫度相等，則平衡常數(shù)相等，b、c壓強(qiáng)相同，溫度不同，溫度升高，CO體積分?jǐn)?shù)增大，平衡正向移動(dòng)，平衡常數(shù)變大，因此其大小關(guān)系是Ka＝Kb＜Kc；故答案為：p1＜p2＜p3；Ka＝Kb＜Kc。

②900℃、1.0 MPa時(shí)，足量碳與a molCO2反應(yīng)達(dá)平衡后，CO的體積分?jǐn)?shù)為為80%，則CO2的體積分?jǐn)?shù)為20%，假設(shè)平衡時(shí)CO物質(zhì)的量為0.8mol，CO2物質(zhì)的量為0.2mol，則CO2改變量為0.4mol，因此CO2的轉(zhuǎn)化率為，該反應(yīng)的平衡常數(shù)；故答案為：66.7%(或0.667)；3.2 Mpa。

(3)根據(jù)圖中信息，250～300 ℃時(shí)，乙酸的生成速率降低的主要原因是催化劑的催化效率降低；故答案為：催化劑的催化效率降低。

(4)以鉛蓄電池為電源可將CO2轉(zhuǎn)化為乙烯，其原理如圖所示，電解所用電極材料均為惰性電極。根據(jù)分析，左側(cè)CO2轉(zhuǎn)化為乙烯，化合價(jià)降低，得到電子，為陰極，因此陰極上的電極反應(yīng)式為2CO2+12H++12e－ = CH2=CH2+4H2O；根據(jù)Pb + PbO2+ 2H2SO4＝2PbSO4+ 2H2O分析，轉(zhuǎn)移2mol電子，反應(yīng)2mol硫酸，每生成0.5mol乙烯，轉(zhuǎn)移6mol電子，所以理論上需消耗鉛蓄電池中6 mol硫酸；故答案為：2CO2+12H++12e－ = CH2=CH2+4H2O；6。