Question

【題目】科學家積極探索新技術對CO2進行綜合利用。請回答下列問題:

（1）已知: H2的燃燒熱為285.8kJ/mol,C2H4的燃燒熱為1411.0kJ/mol,且H2O(g)=H2O(l)ΔH=-44.0kJ/mol,則CO2 和H2反應生成乙烯和水蒸氣的熱化學方程式為____________,上述反應在__________下自發進行(填“高溫”或“低溫”)。

（2）乙烯是一種重要的氣體燃料，可與氧氣、熔融碳酸鈉組成燃料電池。寫出該燃料電池負極的電極反應式:_______________________.

（3）在體積為1L的密閉容器中，充入3mol H2和1mol CO2,測得溫度對CO2的平衡轉化率和催化劑催化效率的影響如圖所示。

①平衡常數: KM__________KN (填“>”“<”或“=”)。

②下列說法正確的是_________(填序號)。

A.當混合氣體密度不變時，說明反應達到平衡狀態

B.當壓強或n(H2)/n(CO2)不變時，均可證明反應已達平衡狀態

C.當溫度高于250℃時，因為催化劑的催化效率降低，所以平衡向逆反應方向移動

D.若將容器由“恒容”換為“恒壓”，其他條件不變，則CO2的平衡轉化率增大

③250℃時，將平衡后的混合氣體(不考慮平衡移動) 通入300mL 3mol/L的NaOH溶液中充分反應，則所得溶液中所有離子的濃度大小關系為__________

④圖中M點對應乙烯的質量分數為_____________。

（5）達平衡后，將容器體積瞬間擴大至2L并保持不變，平衡向_____移動(填“正向”“逆向”或“不”),容器內混合氣體的平均相對分子質量______(填“增大”“減小”或“不變”)。

Answer 1

【答案】 2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH=-127.8kJ/mol 低溫 C2H4-12e-+6CO32-=8CO2+2H2O > D c(Na+)>c(CO32-)>c(HCO3-)>c(H+) 14%或0.14 逆向 減小

【解析】(1).根據題給信息分別寫出三個熱化學反應方程式：H2O(g)=H2O(l)ΔH=-44.0kJ/mol，C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l) △H=-1411.0kJ·mol- ，H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJ/mol；根據蓋斯定律，整理出熱化學方程式并計算出反應的ΔH；正確答案:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH=-127.8kJ/mol；該反應為一個S<0,ΔH<0的反應，在低溫下能夠進行；正確答案：低溫；

（2）乙烯氣體與氧氣形成的燃料電池，電解質為熔融碳酸鈉；乙烯做負極被氧化生成二氧化碳；根據電子守恒和電荷守恒規律，極反應為： C2H4-12e-+6CO32-=8CO2+2H2O；正確答案：C2H4-12e-+6CO32-=8CO2+2H2O；

（3從圖像看出，溫度升高，二氧化碳的轉化率降低，該反應正反應為放熱反應；升高溫度，平衡左移，平衡常數減小；

①正確答案:KM >KN；

② 可逆反應：2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH=-127.8kJ/mol；其他條件下不變，反應前后的氣體的總質量不變，容器的體積不變，混合氣體密度恒為定值，無法判定平衡狀態，A錯誤；該反應為反應前后氣體總量減少的反應，壓強不變可以判定反應達平衡狀態，但是氫氣、二氧化碳均為反應物，按一定比例關系進行反應，n(H2)/n(CO2)始終保持不變，無法判定平衡狀態， B錯誤；溫度高于250℃時，催化劑的催化效率降低，但是催化劑對平衡的移動無影響，向左移動是因為溫度升高的緣故；C錯誤；該反應為氣體體積減少的的反應，若將容器由“恒容”換為“恒壓”，其他條件不變，相當于加壓的過程，平衡右移，CO2的平衡轉化率增大，D正確；正確答案：D；

③250℃時，根據圖像看出，二氧化碳的轉化率為50%，平衡后剩余二氧化碳的量1×50%=0.5mol，設反應生成碳酸氫鈉xmol,碳酸鈉y mol，根據碳原子守恒：x+y=0.5；根據鈉離子守恒：x+2y=3×0.3，解之，x= 0.1mol ，y=0.4mol；即碳酸氫鈉0.1mol，碳酸鈉 0.4mol， 碳酸鈉的量比碳酸氫鈉大，CO32-水解很少，剩余得多；所以c(CO32-)>c(HCO3-)；溶液中離子濃度大小關系：c(Na+)>c(CO32-)>c(HCO3-)>c(H+)；正確答案：c(Na+)>c(CO32-)>c(HCO3-)>c(H+)；

④可逆反應： 2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g) + 4H2O(g)

起始量：1 3 0 0

變化量 1×50% 3×50% 0.5×50% 2×50%

平衡量 0.5 1.5 0.25 1

混合氣體的總質量：1×44+3×2=50g， 乙烯的質量：0.25×28=7 g，所以乙烯的質量分數為7÷50×100%= 14%或0.14；正確答案：14%或0.14；

（5）增大體積，相當于減壓，平衡向左移動；正確答案：逆向；反應前后混合氣體的總質量不變，體積變大，所以密度減少；正確答案：減小；