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生反應生成CH3OH。己知部分反應的熱化學方程式如下：

CH3OH(g)+ O2(g) ＝CO2(g)+2H2O（1） △H1=akJmol-1

H2(g)+O2(g) ＝H2O（1） △H2=bkJmol-1

H2O(g) ＝ H2O(l) △H3=ckJmol-1

則 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=__________kJmol-1

（2）為研究CO2與CO之間的轉化，讓一定量的CO2與足量碳在體積可變的密閉容器中反應：C(s)＋CO2(g)2CO(g) H，反應達平衡后，測得壓強、溫度對CO的體積分數(φ(CO)％)的影響如圖所示。

回答下列問題：

①壓強p1、p2、p3的大小關系是________；Ka 、 Kb 、 Kc 為a、b、c三點對應的平衡常數，則其大小關系是_________。

②900℃、1.0 MPa時，足量碳與a molCO2反應達平衡后，CO2的轉化率為___________ (保留三位有效數字)，該反應的平衡常數Kp＝_________（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質的量分數）。

（3）① 以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4 為催化劑，可以將CO2 和CH4 直接轉化成乙酸，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右圖所示。250～300 ℃時，乙酸的生成速率降低的主要原因是_____________； 300～400℃時，乙酸的生成速率升高的主要原因是___________。

② 為了提高該反應中CO2的轉化率，可以采取的措施是_____（寫一條即可）。

（4）以鉛蓄電池為電源可將CO2轉化為乙烯，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 溫度升高，化學反應速率加快 增大反應體系壓強或增大CH4的濃度或將乙酸液化分離出來 2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O 6

【解析】

本題需要根據蓋斯定律進行計算△H，且根據三段式進行分析計算，壓強之比等于物質的量之比。根據圖像分析出反應C(s)＋CO2(g)2CO(g)減小壓強反應向正方向進行，正反應為吸熱反應，H＞0。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率，溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低，在300℃時失去活性，所以溫度高于300℃時，乙酸的生成速率升高是由溫度升高導致的，根據此分析進行解答。

（1）已知①CH3OH(g)+ O2(g) ＝CO2(g)+2H2O（1） △H1=akJmol-1

②H2(g)+O2(g) ＝H2O（1） △H2=bkJmol-1

③H2O(g) ＝ H2O(l) △H3=ckJmol-1

則根據蓋斯定律，由3②-①-③可得到 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，故△H= (3b-a-c ) kJmol-1。

故答案為(3b-a-c )

（2）①對于反應C(s)＋CO2(g)2CO(g)減小壓強反應向正方向進行，由圖可知相同溫度時P1時的CO體積分數大于P2大于P3 故p1＜p2＜p3，相同壓強時比較溫度對反應的影響，同一壓強下增大溫度，CO的體積分數會增大，故正反應為吸熱反應，H＞0，平衡常數只受反應溫度影響，故在700℃下，Ka＝Kb，c點的溫度高于a點和b點，溫度升高反應正向進行故Ka＝Kb＜Kc。

②若起始壓強為P0，達到平衡轉化率為α，

C(s)＋CO2(g)2CO(g)

起始（mol） a 0

變化（mol） m 2m

平衡（mol） a-m 2m

故，，故CO2的轉化率為≈66.7% （或0.667）。

壓強之比等于物質的量之比，則反應的平衡常數Kp＝

故答案為 p1＜p2＜p3 Ka＝Kb＜Kc 66.7% （或0.667） 3.2 MPa

（3）①如圖為不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關系，溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低，在300℃時失去活性，所以溫度高于300℃時，乙酸的生成速率升高是由溫度升高導致的。

②為了提高該反應中CO2的轉化率即使反應正向進行，可以增大壓強或增大CH4的濃度或將乙酸液化分離出來。

故答案為 催化劑的催化效率降低 . 溫度升高，化學反應速率加快 增大反應體系壓強或增大CH4的濃度或將乙酸液化分離出來

（4）電解時，陰極得電子，發生還原反應，電極反應式是2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O。每生成0.5mol乙烯，消耗12molH+，故消耗6mol硫酸。

故答案為 催化劑的催化效率降低 . 溫度升高，化學反應速率加快 增大反應體系壓強或增大CH4的濃度或將乙酸液化分離出來

故答案為 2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O 6