Question

【题目】碳捕捉技术即是二氧化碳的捕集、利用与封存(CCUS)，是实现温室气体减排的重要途径之一，更是我国能源领域的一个重要战略方向，CCUS或许发展成一项重要的新兴产业。

I.利用CO2加氢合成低碳烯烃技术就是重要的应用之一。以合成C2H4为例，其合成反应为：6H2(g)+2CO2(g) CH2=CH2(g)+4H2O(g) ΔH1 ；已知H2的燃烧热为△H2；CH2=CH2(g)的燃烧热为△H3；H2O(l)= H2O(g)的热效应为△H4。

(1)ΔH1=__________________(请用△H2、△H3、△H4表示)，若将1mol CO2与3mol H2充入10L的恒容密闭容器中，达到平衡后，平衡浓度、CO2转化率与温度的关系分别如图1和图2所示，请回答下列问题：

(2)图1中曲线c代表物质的电子式___________________。

(3)该反应在较低温度时能自发进行，请分析其原因：______________________________。

(4)结合图1和图2，下列说法一定正确的是 __________。

A．其他条件不变，T1℃、增大压强，再次达到平衡时c(H2)比A点的c(H2)大

B．平衡常数：KM＞KN

C．生成乙烯的速率：v(M)小于v(N)

(5)计算图2中M点时，乙烯的体积分数________________。（保留二位有效数字）

II.利用电解法也可将CO2制得乙烯，如图3所示，电极b是太阳能电池的________极，

电解时其中a极对应电解槽上生成乙烯的电极反应式为______________________________。

Answer 1

【答案】 6△H2－△H3+4△H4 该反应为：ΔH<0、ΔS<0，所以低温自发 AB 7.7% 正极 2CO2+12e+12H+=C2H4+4H2O

【解析】I.(1) 由题意知，H2的燃烧热为△H2，则有①H2(g)+ O2(g) = H2O(l) △H2；CH2=CH2(g)的燃烧热为△H3，则有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)由图1可知，随温度升高，氢气的平衡浓度增大，所以该反应为放热反应。根据图中曲线的变化趋势可知，c的变化量小于b，所以c代表的物质是乙烯，其电子式为。

(3) 该反应ΔH<0、ΔS<0，该反应在较低温度时ΔH-TΔS<0，所以能自发进行。

(4)结合图1和图2的信息可知：A．其他条件不变，T1℃、增大压强，各组分的浓度均变大，尽管平衡向正反应方向移动，根据平衡移动原理可知，再次达到平衡时c(H2)比A点的c(H2)大，A正确；B．该反应为放热反应，温度升高后，平衡常数变小，所以平衡常数KM＞KN，B正确；C．由图2可知，在M点催化剂的催化效率最高，远远高于N点，所以生成乙烯的速率v(M)大于v(N)，C不正确。综上所述，说法一定正确的是AB。

(5)图2中M点时，二氧化碳的转化率为50%，则CO2、H2、CH2=CH2、H2O的平衡量分别为0.5mol、1.5 mol、0.25 mol、1 mol，所以乙烯的体积分数为7.7%。

II.由图3可知，在左室二氧化碳被还原为乙烯、右室生成氧气，所以左室为阴极室、右室为阳极室，电极b是太阳能电池的正极，电解时阴极上生成乙烯的电极反应式为2CO2+12e+12H+=C2H4+4H2O。