Question

【題目】2019年12月4日“全球碳計劃”發(fā)布報告說，全球CO2排放量增速趨緩。人們還需要更有力的政策來逐步淘汰化石燃料的使用。CO2的綜合利用是解決溫室問題的有效途徑。

(1)一種途徑是用CO2轉(zhuǎn)化為成為有機(jī)物實現(xiàn)碳循環(huán)。如：

C2H4(g)+H2O(l)C2H5OH(l) ΔH＝-44.2kJ·mol-1；

2CO2(g)+2H2O(l)C2H4(g)+3O2(g) ΔH＝+1411.0kJ·mol-1。

已知2CO2(g)+3H2O(l)C2H5OH(l)+3O2(g)，其正反應(yīng)的活化能為Ea kJ·mol1，則逆反應(yīng)的活化能為__kJ·mol-1。乙烯與HCl加成生成的氯乙烷在堿性條件下水解也得到乙醇，其水解反應(yīng)的離子方程式為__，v=kcm(CH3CH2Cl)cn(OH-)為速率方程，研究表明，CH3CH2Cl濃度減半，反應(yīng)速率減半，而OH-濃度減半對反應(yīng)速率沒有影響，則反應(yīng)速率方程式為__。

(2)利用工業(yè)廢氣中的CO2可以制取甲醇和水蒸氣，一定條件下，往2L恒容密閉容器中充入1mol CO2和3mol H2，在三種不同催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)，相同時間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化曲線如圖所示：

①催化劑效果最佳的反應(yīng)是__(填“曲線I”，“曲線II”，“曲線III”)。

②b點，υ(正)__υ(逆)(填“>”，“<”，“=”)。

③若此反應(yīng)在a點時已達(dá)平衡狀態(tài)，a點的轉(zhuǎn)化率比c點高的原因是__。

④c點時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝__。

(3)中國科學(xué)家首次用CO2高效合成乙酸，其反應(yīng)路徑如圖所示：

①根據(jù)圖示，寫出總反應(yīng)的化學(xué)方程式：__。

②原料中的CH3OH可通過電解法由CO2制取，用稀硫酸作電解質(zhì)溶液，寫出生成CH3OH的電極反應(yīng)式__。

Answer 1

【答案】Ea-1366.8 CH3CH2Cl(aq)+OH-(aq)→C2H5OH(aq)+Cl-(aq) v=kc(CH3CH2Cl) 曲線I ＞ 該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動 CH3OH+CO2+H2CH3COOH+H2O CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O

【解析】

(1)應(yīng)用蓋斯定律，計算出2CO2(g)+3H2O(l)C2H5OH(l)+3O2(g)的ΔH，并按照ΔH=正反應(yīng)的活化能-逆反應(yīng)的活化能，計算逆反應(yīng)的活化能，氯乙烷在堿性條件下水解得到乙醇和氯化鈉，據(jù)此寫反應(yīng)的離子方程式，按反應(yīng)物濃度對速率的影響數(shù)據(jù)，寫反應(yīng)速率方程式即可；

(2)一定條件下，往2L恒容密閉容器中充入1mol CO2和3mol H2后反應(yīng)得到甲醇和水蒸氣，反應(yīng)方程式為CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，按照CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化關(guān)系圖分析、計算回答即可；

(3)①根據(jù)圖示，找出總的反應(yīng)物、催化劑和產(chǎn)物，據(jù)此寫總反應(yīng)的化學(xué)方程式；

②原料中的CH3OH可通過電解法由CO2制取，二氧化碳在陰極反應(yīng)，故是二氧化碳得電子被還原的反應(yīng)，據(jù)此寫生成CH3OH的電極反應(yīng)式。

(1)反應(yīng)①C2H4(g)+H2O(l)C2H5OH(l) ΔH1=-44.2kJ·mol-1

反應(yīng)②2CO2(g)+2H2O(l)C2H4(g)+3O2(g) ΔH2=+1411.0kJ·mol-1

應(yīng)用蓋斯定律，反應(yīng)①+反應(yīng)②得到：2CO2(g)+3H2O(l)C2H5OH(l)+3O2(g)，則該反應(yīng)的ΔH= ΔH1+ΔH2，故ΔH=-44.2kJ·mol-1+(+1411.0kJ·mol-1)= +1366.8kJ·mol-1，因為ΔH=正反應(yīng)的活化能-逆反應(yīng)的活化能，正反應(yīng)的活化能為Ea kJ·mol-1，則逆反應(yīng)的活化能為(Ea-1366.8)kJ·mol-1；

氯乙烷在堿性條件下水解得到乙醇和氯化鈉，則反應(yīng)的離子方程式為CH3CH2Cl(aq)+OH-(aq)→C2H5OH(aq)+Cl-(aq)；該反應(yīng)的速率方程為v=kcm(CH3CH2Cl)cn(OH-)，研究表明，CH3CH2Cl濃度減半，反應(yīng)速率減半，則可知m=1，而OH-濃度減半對反應(yīng)速率沒有影響，則n=0，故反應(yīng)速率方程式為v=kc(CH3CH2Cl)；

(2)一定條件下，密閉容器中發(fā)生的反應(yīng)為CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，

①相同溫度下相同時間內(nèi)CO2轉(zhuǎn)化率最高的是曲線Ⅰ，故最佳催化劑為曲線I ；

②在同一溫度下，曲線I的催化效率最好，則在b點的溫度下，曲線I的速率也是最快的，說明b點并未達(dá)到平衡，且CO2的轉(zhuǎn)化率將繼續(xù)增大，即平衡仍將正向移動，則v(正 )＞v(逆)；

③若此反應(yīng)在a點時已達(dá)平衡狀態(tài)，則繼續(xù)升溫就會使平衡移動，故a 點的轉(zhuǎn)化率比c點高的原因為該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動；

④該條件下，一開始往2L恒容密閉容器中充入1mol CO2和3mol H2，由圖知，c點時二氧化碳轉(zhuǎn)化了，則 列“三段式”：

平衡時2L容器內(nèi)CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度依次為mol/L、mol/L、mol/L、mol/L ，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K==；

(3)①通過電解法由CO2制取CH3OH，碳元素化合價降低，故是二氧化碳得電子被還原的反應(yīng)，故二氧化碳在陰極反應(yīng)，則生成CH3OH的電極反應(yīng)式為CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O；

②根據(jù)圖示，CH3OH、CO2和H2在LiI、Rh+催化作用下生產(chǎn)CH3COOH和H2O，總反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH3OH+CO2+H2CH3COOH+H2O。