题目内容
【题目】一定条件下，二氧化碳可合成低碳烯烃，缓解温室效应、充分利用碳资源。
（1）已知：①C2H4(g)+2O2(g)=2CO2(g)+2H2(g) ΔH1
②2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) ΔH2
③H2O(1)=H2O(g) ΔH3
④2CO2(g)+6H2(g)
C2H4(g)+4H2O(g) ΔH4
则ΔH4=___(用ΔH1、ΔH2、ΔH3表示)。
（2）反应④的反应温度、投料比[
=x]对CO2平衡转化率的影响如图所示。
①a__3（填“>”、“<”或“=”）；M、N两点反应的平衡常数KM__KN（填填“>”、“<”或“=”）
②M点乙烯体积分数为__；（保留2位有效数字）
③300℃，往6L反应容器中加入3molH2、1molCO2，反应10min达到平衡。求0到10min氢气的平均反应速率为__；
（3）中科院兰州化学物理研究所用Fe3(CO)12/ZSM-5催化CO2加氢合成低碳烯烃反应，所得产物含CH4、C3H6、C4H8等副产物，反应过程如图。
催化剂中添加Na、K、Cu助剂后（助剂也起催化作用）可改变反应的选择性，在其他条件相同时，添加不同助剂，经过相同时间后测得CO2转化率和各产物的物质的量分数如下表。
助剂 | CO2转化率 （%） | 各产物在所有产物中的占比（%） | ||
C2H4 | C3H6 | 其他 | ||
Na | 42.5 | 35.9 | 39.6 | 24.5 |
K | 27.2 | 75.6 | 22.8 | 1.6 |
Cu | 9.8 | 80.7 | 12.5 | 6.8 |
①欲提高单位时间内乙烯的产量，在Fe3(CO)12/ZSM-5中添加__助剂效果最好；加入助剂能提高单位时间内乙烯产量的根本原因是__；
②下列说法正确的是__；
a．第ⅰ步所反应为：CO2+H2
CO+H2O
b．第ⅰ步反应的活化能低于第ⅱ步
c．催化剂助剂主要在低聚反应、异构化反应环节起作用
d．Fe3(CO)12/ZSM-5使CO2加氢合成低碳烯烃的ΔH减小
e．添加不同助剂后，反应的平衡常数各不相同
（4）2018年，强碱性电催化还原CO2制乙烯研究取得突破进展，原理如图所示。
①b极接的是太阳能电池的__极；
②已知PTFE浸泡了饱和KCl溶液，请写出阴极的电极反应式__。
【答案】2△H2+4△H3-△H1 > > 9.7%或
0.03mol·L-1·min-1 K 降低生成乙烯的反应所需要的活化能，加快乙烯生成速率，而对其他副反应几乎无影响 ac 正 2CO2+12e-+8H2O=C2H4+12OH-
【解析】
（1）利用盖斯定律计算；
（2）从图上看，投料比相同时，温度升高，二氧化碳转化率减小，说明温度升高，平衡逆向移动，逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，△H<0；投料比从3到a，二氧化碳的转化率增大，说明3到a投料比在增大；而平衡常数只和温度有关；平衡题中的计算用三行式解答；
（3）从表格来看，使用Na作助剂转化率最高，但乙烯含量最低，使用Cu作助剂依稀含量最高，但二氧化碳转化率最低，使用K作助剂二氧化碳转化率高且乙烯含量也高，单位时间内产出乙烯最多；加入助剂使反应具有选择性的原因是助剂降低了某个反应所需的活化能，相同条件下更容易发生某个反应所致；
（4）PTFE电极CO2变成C2H4，碳元素化合价从+4降低到-2，为阴极；
据以上分析作答。
（1）根据盖斯定律，方程式有如下关系：2×②-①+4×③=④，所以△H 4=2△H2+4△H3-△H1，故答案为：2△H2+4△H3-△H1；
（2）①相同温度下，投料比从3→a，二氧化碳转化率增大，说明投料比在增大，所以a>3，投料比相同时，升高温度，二氧化碳转化率减小，说明升高温度，平衡逆向移动，则K减小，而N点温度高于M点，所以KM>KN，故答案为：>；>；
②由图可知,M点投料比为3，二氧化碳转化率为0.6，设开始投入1mol二氧化碳，3mol氢气，则二氧化碳转化量为0.6，用三行式解法如下：
所以M点乙烯的体积分数=
×100%=9.7%，故答案为：9.7%；
③同样用三行式来解如下：
可知，氢气在这10min消耗了1.8mol，所以浓度减小值=
=0.3mol·L-1，所以v(H2)=
=0.03mol·（L·min）-1，故答案为：0.03mol·L-1·min-1；
（3）①使用Na作助剂转化率最高，但乙烯含量最低，使用Cu作助剂依稀含量最高，但二氧化碳转化率最低，使用K作助剂二氧化碳转化率高且乙烯含量也高,单位时间内产出乙烯最多；加入助剂使生成乙烯具有选择性的原因是助剂降低了生成乙烯反应所需的活化能，相同条件下更容易生成乙烯，而其他副反应几乎无影响；故答案为：K；降低生成乙烯的反应所需要的活化能，加快乙烯生成速率，而对其他副反应几乎无影响；
②a．由条件可知第ⅰ步反应物为二氧化碳和氢气，生成物有CO，根据氧化还原反应可得方程式为CO2+H2
CO+H2O，a正确；
b．第ⅰ步反应明显慢于第ⅱ步反应，故第ⅱ步反应更容易发生，第ⅱ步反应的活化能更低，b错误；
c．从图上看生成CH4、C3H6、C4H8等副产物主要在低聚反应、异构化反应环节，所以助剂主要在低聚反应、异构化反应环节起作用，c正确；
d．ΔH与反应途径无关，只和起始有关，d错误；
e．反应的平衡常数只和温度有关，温度不变，K不变，e错误；
故答案为：ac；
（4）①PTFE(a极)电极CO2变成C2H4，碳元素化合价从+4降低到-2，为阴极，则b极为阳极，与太阳能电池正极相连，故答案为：正；
②阴极的电极反应式为2CO2+12e-+8H2O=C2H4+12OH-，故答案为：2CO2+12e-+8H2O=C2H4+12OH-。
【题目】2019年诺贝尔化学奖授予锂离子电池的发明者，LiFePO4是锂离子电池的正极材料。用含锂废渣（主要金属元素的含量：Li 8.50%、Ni 6.55%、Mg 13.24%）制备Li2C2O4，并用其制备LiFePO4部分工艺流程如图（该流程可能造成水体砷污染）：
已知：滤液1、滤液2中部分离子的浓度（g·L-1）：
Li+ | Ni2+ | Mg2+ | |
滤液1 | 22.72 | 20.68 | 60.18 |
滤液2 | 21.94 | 7.7×10-3 | 0.78×10-3 |
I.制备Li2C2O4
(1)滤渣2的主要成分有__（填化学式）。
(2)Na2C2O4溶液中各离子的浓度由大到小顺序为__。
(3)写出加入Na2C2O4溶液时发生反应的离子方程式：__。
Ⅱ.制备LiFePO4
(4)将电池极Li2C2O4和FePO4置于高温下反应生成LiFePO4和一种温室气体，该反应的化学方程式是___。
(5)LiFePO4需要在高温下成型后才能作为电极，高温成型时要加入少量石墨，则石墨的作用是__（任写一点）。
(6)我国科学家研究零价铁活化过硫酸钠（Na2S2O8）去除废水中的As(Ⅴ)，其机制模型如图，其中零价铁与过硫酸钠反应的离子方程式是__。在该模型中得到的铁砷共沉淀物经灼烧（无元素化合价变化）后得到一种磁性化合物，化学式为Fe7As2O14，该物质中二价铁与三价铁的个数比为__。
