Question

【題目】綜合利用CO2、CO對構建低碳社會有重要意義。

（1）已知在298K和101kPa條件下，有如下反應：

反應Ⅰ：C（s） + O2（g） = CO2（g） △ H1＝－393.5 kJ·mol－1

反應Ⅱ：2C（s） + O2（g） = 2CO（g） △ H2＝－221 kJ·mol－1

反應Ⅲ：N2（g） + O2（g） = 2NO（g） △ H3＝＋180.5 kJ·mol－1

試回答下列問題：

①汽車尾氣凈化原理為反應Ⅳ：2NO（g） + 2CO（g） N2（g） + 2CO2（g） △ H＝______，該反應能自發進行的條件是_______。（填“高溫”、“低溫”或“任意溫度”）。

②若一定溫度下，在容積可變的密閉容器中，上述反應Ⅳ達到平衡狀態，此時容積為3L， c（N2）隨時間 t 的變化曲線 x 如圖所示。若在t2min時升高溫度，t3min時重新達到平衡，請在圖中畫出在 t2～t4 內 c（N2）的變化曲線。______________

（2）利用H2 和CO2在一定條件下可以合成乙烯：6H2＋2CO2CH2＝CH2＋4H2O

①不同溫度對CO2的轉化率及催化劑的催化效率的影響如圖甲所示。

下列有關說法不正確的是_____（填序號）。

A．不同條件下反應，N點的速率最大

B．溫度在約250℃時，催化劑的催化效率最高

C．相同條件下，乙烯的產量M點比N高

②若在密閉容器中充入體積比為 3∶1的 H2和CO2，則圖甲中M點時，產物CH2＝CH2的體積分數為________。（保留兩位有效數字）

（3）利用一種鉀鹽水溶液作電解質，CO2電催化還原為乙烯，如圖乙所示。在陰極上產生乙烯的電極反應方程式為___________________________________。

Answer 1

【答案】 -746.5 kJ·mol－1 低溫 A 7.7% 或0.077 2CO2+12H++12e﹣=CH2=CH2+4H2O

【解析】（1）①已知：

Ⅰ：C（s）+O2（g）=CO2（g） △H1＝－393.5 kJ·mol－1

Ⅱ：2C（s）+O2（g）=2CO（g） △H2＝－221 kJ·mol－1

Ⅲ：N2（g）+O2（g）=2NO（g） △H3＝＋180.5 kJ·mol－1

根據蓋斯定律可知Ⅰ×2－Ⅱ－Ⅲ即得到反應Ⅳ：2NO（g）+2CO（g）N2（g）+2CO2（g）的反應熱△H＝－746.5kJ·mol－1，由于正反應體積減小，即△S＜0，根據△G＝△H－T·△S＜0可知該反應能自發進行的條件是低溫。②升高溫度平衡向逆反應方向進行，氮氣濃度減小，達到新平衡時不再發生變化，所以圖像可表示為；（2）①A．溫度越高，反應速率越大，但M、N點溫度、催化劑均不同，則N點速率不是最大的，A錯誤；B．溫度在約250℃時，催化劑的催化效率對應轉化率最大，則催化劑的催化效率最高，B正確；C．轉化率越大，乙烯的產量越大，則相同條件下，乙烯的產量M點比N高，C正確；答案選A；②圖中M點時，轉化率為50%，在密閉容器中充入體積比為3：1的H2和CO2，則

6H2＋2CO2CH2＝CH2＋4H2O

起始量（mol）3n n 0 0

轉化量（mol）1.5n 0.5n 0.25n n

平衡量（mol）1.5n 0.5n 0.25n n

產物乙烯的體積分數為0.25n/(1.5n+0.5n+0.25n+n)×100%=7.7%或0.077。

（3）電解池的陰極發生得到電子的還原反應，即CO2得到電子轉化為乙烯，電極反應式為2CO2+12H++12e﹣=CH2=CH2+4H2O。