Question

【题目】2019年12月4日“全球碳计划”发布报告说，全球CO2排放量增速趋缓。人们还需要更有力的政策来逐步淘汰化石燃料的使用。CO2的综合利用是解决温室问题的有效途径。

(1)一种途径是用CO2转化为成为有机物实现碳循环。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)其正反应的活化能为EakJ·mol-1，则逆反应的活化能为___kJ·mol-1。乙烯与HCl加成生成的氯乙烷在碱性条件下水解也得到乙醇，反应的离子方程式为___，v=kcm(CH3CH2Cl)cn(OH-)为速率方程，研究表明，CH3CH2Cl浓度减半，反应速率减半，而OH-浓度减半对反应速率没有影响，则反应速率方程式为___。

(2)利用工业废气中的CO2可以制取甲醇和水蒸气，一定条件下，往2L恒容密闭容器中充入1molCO2和3molH2，在不同催化剂作用下发生反应I、反应II与反应III，相同时间内CO2的转化率随温度变化如图所示：

①催化剂效果最佳的反应是___(填“反应I”，“反应II”，“反应III”)。

②b点v(正)___v(逆)(填“>”，“<”，“=”)。

③若此反应在a点时已达平衡状态，a点的转化率比c点高的原因是___。

④c点时该反应的平衡常数K=___。

(3)中国科学家首次用CO2高效合成乙酸，其反应路径如图所示：

①原料中的CH3OH可通过电解法由CO2制取，用稀硫酸作电解质溶液，写出生成CH3OH的电极反应式___。

②根据图示，写出总反应的化学方程式：___。

Answer 1

【答案】Ea-1366.8 CH3CH2Cl(aq)+OH-(aq)→C2H5OH(aq)+Cl-(aq) v=kc(CH3CH2Cl) 反应I > 该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动 CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O CH3OH+CO2+H2CH3COOH+H2O

【解析】

(1)应用盖斯定律，计算出2CO2(g)+3H2O(l)C2H5OH(l)+3O2(g)的ΔH，并按照ΔH=正反应的活化能-逆反应的活化能，计算逆反应的活化能，氯乙烷在碱性条件下水解得到乙醇和氯化钠，据此写反应的离子方程式，按反应物浓度对速率的影响数据，写反应速率方程式即可；

(2)一定条件下，往2L恒容密闭容器中充入1molCO2和3molH2后反应得到甲醇和水蒸气，反应方程式为，按照CO2的转化率随温度变化关系图分析、计算回答即可；

(3)①原料中的CH3OH可通过电解法由CO2制取，二氧化碳在阴极反应，故是二氧化碳得电子被还原的反应，据此写生成CH3OH的电极反应式；

②根据图示，找出总的反应物、催化剂和产物，据此写总反应的化学方程式；

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

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

应用盖斯定律，反应①+反应②得到：2CO2(g)+3H2O(l)C2H5OH(l)+3O2(g)，则该反应的ΔH=ΔH1+ΔH2，故ΔH =-44.2kJ·mol-1+(+1411.0kJ·mol-1)=+1366.8kJ·mol-1，因为ΔH=正反应的活化能-逆反应的活化能，正反应的活化能为EakJ·mol-1，则逆反应的活化能为Ea-1366.8kJ·mol-1；

答案为：Ea-1366.8；

氯乙烷在碱性条件下水解得到乙醇和氯化钠，则反应的离子方程式为CH3CH2Cl(aq)+OH-(aq)→C2H5OH(aq)+Cl-(aq)；该反应的速率方程为v=kcm(CH3CH2Cl)cn(OH-)，研究表明，CH3CH2Cl浓度减半，反应速率减半，则可知m=1，而OH-浓度减半对反应速率没有影响，则n=0，故反应速率方程式为v=kc(CH3CH2Cl)；

答案为：CH3CH2Cl(aq)+OH-(aq)→C2H5OH(aq)+Cl-(aq)；v=kc(CH3CH2Cl)；

(2)一定条件下，密闭容器中发生的反应为，①相同温度下相同时间内CO2转化率最高的是反应Ⅰ的图线，故最佳催化剂为反应I；

答案为：反应I；

②图线中b点未达到平衡状态，则v(正) >v(逆)；

答案为：>；

③若此反应在a点时已达平衡状态，则继续升温就会使平衡移动，故a点的转化率比c点高的原因为该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动；

答案为：该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动；

④该条件下，一开始往2L恒容密闭容器中充入1molCO2和3molH2，由图知，c点时二氧化碳转化了，则，平衡时2L容器内的浓度依次为，则该反应的平衡常数= =；

答案为： ；

(3)①通过电解法由CO2制取CH3OH，碳元素化合价降低，故是二氧化碳得电子被还原的反应，故二氧化碳在阴极反应，则生成CH3OH的电极反应式为CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O；

②根据图示，CH3OH、CO2和H2在LiI、Rh+催化作用下生产CH3COOH和H2O，总反应的化学方程式为CH3OH+CO2+H2CH3COOH+H2O；

答案为：CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O；CH3OH+CO2+H2CH3COOH+H2O。