Question

【題目】碳捕捉技術(shù)即是二氧化碳的捕集、利用與封存(CCUS)，是實現(xiàn)溫室氣體減排的重要途徑之一，更是我國能源領(lǐng)域的一個重要戰(zhàn)略方向，CCUS或許發(fā)展成一項重要的新興產(chǎn)業(yè)。

I.利用CO2加氫合成低碳烯烴技術(shù)就是重要的應(yīng)用之一。以合成C2H4為例，其合成反應(yīng)為：6H2(g)+2CO2(g) CH2=CH2(g)+4H2O(g) ΔH1 ；已知H2的燃燒熱為△H2；CH2=CH2(g)的燃燒熱為△H3；H2O(l)= H2O(g)的熱效應(yīng)為△H4。

(1)ΔH1=__________________(請用△H2、△H3、△H4表示)，若將1mol CO2與3mol H2充入10L的恒容密閉容器中，達到平衡后，平衡濃度、CO2轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系分別如圖1和圖2所示，請回答下列問題：

(2)圖1中曲線c代表物質(zhì)的電子式___________________。

(3)該反應(yīng)在較低溫度時能自發(fā)進行，請分析其原因：______________________________。

(4)結(jié)合圖1和圖2，下列說法一定正確的是 __________。

A．其他條件不變，T1℃、增大壓強，再次達到平衡時c(H2)比A點的c(H2)大

B．平衡常數(shù)：KM＞KN

C．生成乙烯的速率：v(M)小于v(N)

(5)計算圖2中M點時，乙烯的體積分數(shù)________________。（保留二位有效數(shù)字）

II.利用電解法也可將CO2制得乙烯，如圖3所示，電極b是太陽能電池的________極，

電解時其中a極對應(yīng)電解槽上生成乙烯的電極反應(yīng)式為______________________________。

Answer 1

【答案】 6△H2－△H3+4△H4 該反應(yīng)為：ΔH<0、ΔS<0，所以低溫自發(fā) AB 7.7% 正極 2CO2+12e+12H+=C2H4+4H2O

【解析】I.(1) 由題意知，H2的燃燒熱為△H2，則有①H2(g)+ O2(g) = H2O(l) △H2；CH2=CH2(g)的燃燒熱為△H3，則有②CH2=CH2(g)+ 3O2(g) = 2H2O(g) +2CO2(g) △H3；③H2O(l)= H2O(g) △H4。由①6-②+③4可得6H2(g)+2CO2(g) CH2=CH2(g)+4H2O(g)，所以ΔH1=6△H2－△H3+4△H4，

(2)由圖1可知，隨溫度升高，氫氣的平衡濃度增大，所以該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。根據(jù)圖中曲線的變化趨勢可知，c的變化量小于b，所以c代表的物質(zhì)是乙烯，其電子式為。

(3) 該反應(yīng)ΔH<0、ΔS<0，該反應(yīng)在較低溫度時ΔH-TΔS<0，所以能自發(fā)進行。

(4)結(jié)合圖1和圖2的信息可知：A．其他條件不變，T1℃、增大壓強，各組分的濃度均變大，盡管平衡向正反應(yīng)方向移動，根據(jù)平衡移動原理可知，再次達到平衡時c(H2)比A點的c(H2)大，A正確；B．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高后，平衡常數(shù)變小，所以平衡常數(shù)KM＞KN，B正確；C．由圖2可知，在M點催化劑的催化效率最高，遠遠高于N點，所以生成乙烯的速率v(M)大于v(N)，C不正確。綜上所述，說法一定正確的是AB。

(5)圖2中M點時，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為50%，則CO2、H2、CH2=CH2、H2O的平衡量分別為0.5mol、1.5 mol、0.25 mol、1 mol，所以乙烯的體積分數(shù)為7.7%。

II.由圖3可知，在左室二氧化碳被還原為乙烯、右室生成氧氣，所以左室為陰極室、右室為陽極室，電極b是太陽能電池的正極，電解時陰極上生成乙烯的電極反應(yīng)式為2CO2+12e+12H+=C2H4+4H2O。