题目内容

18.一定条件下合成乙烯:6H2(g)+2CO2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g)△H1
已知:2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H2=-480kJ•mol-1
CH2=CH2(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(g)△H3=-1400kJ•mol-1

(1)△H1=-40kJ•mol-1.请标出该反应电子转移的方向和数目
(2)温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图1,下列说法正确的是AB.
A.生成乙烯的速率:v(M)有可能小于v(N)
B.平衡常数:KM>KN
C.催化剂会影响CO2的平衡转化率
(3)若投料比n(H2):n(CO2)=3:1,则图中M点时,乙烯的体积分数为7.7%(保留两位有效数字).
(4)为提高CO2的平衡转化率,除改变温度外,还可采取的措施有增大压强,或增大n(H2)/n(CO2)的比值,或增加c(H2)或将产物乙烯气体分离出来.(任写一条)
(5)电解法可制取乙烯(图2),电极a接电源的负极,该电极反应式为2CO2+12H++12e-→CH2=CH2+4H2O.

分析 (1)据已知热化学方程式,结合待求焓变的方程式利用盖斯定律解答;据反应前后化合价变化标电子转移的方向和数目;
(2)A、温度升高化学反应速率加快,催化剂的催化效率降低;
B、该反应是放热反应,升温平衡逆向移动;
C、催化剂只影响化学反应速率,不影响平衡移动;
(3)投料比n(H2):n(CO2)=3:1,M点时,二氧化碳的转化率为50%,则氢气的转化率也是50%,据此分析;
(4)要提高CO2的平衡转化率,需使平衡正向移动;
(5)据图分析,在酸性条件下二氧化碳电解生成乙烯和氧气,氧气在阳极生成,阴极生成乙烯;

解答 解:(1)已知:①2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H2=-480kJ•mol-1
②CH2=CH2(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(g)△H3=-1400kJ•mol-1
据盖斯定律,①×3-②得:6H2(g)+2CO2(g)=CH2=CH2(g)+4H2O(g)△H1=(-480kJ•mol-1)×3-(-1400kJ•mol-1)=-40 kJ•mol-1
氢气从0价变为+1价,C从+4价变为-2价,所以6mol氢气反应转移12mol电子,
故答案为:-40 kJ•mol-1
(2)A、化学反应速率随温度的升高而加快,催化剂的催化效率降低,所以v(M)有可能小于v(N),故A正确;
B、升温平衡逆向移动,化学平衡常数减小,故B正确;
C、催化剂只影响反应速率,不影响平衡移动和转化率,故C错误;
故答案为:AB;
(3)假设加入的氢气和二氧化碳分别为3mol和1mol,则M点时,有氢气1.5mol,二氧化碳0.5mol,乙烯0.25mol,水蒸气1mol,所以M点时乙烯的体积分数为$\frac{0.25}{1.5+0.5+0.25+1}$×100%=7.7%,故答案为:7.7%;
(4)加压、增大氢气浓度或减小生成物浓度都可以使平衡正向移动,二氧化碳的转化率增大,
故答案为:增大压强,或增大n(H2)/n(CO2)的比值,或增加c(H2)或将产物乙烯气体分离出来;
(5)据图分析,在酸性条件下二氧化碳电解生成乙烯和氧气,氧气在阳极生成,阴极生成乙烯,所以a接电源的负极,发生还原反应,电极反应式为2CO2+12H++12e-→CH2=CH2+4H2O,故答案为:负;2CO2+12H++12e-→CH2=CH2+4H2O.

点评 本题考查了盖斯定律的应用、据图象分析化学反应速率的影响因素、平衡计算、平衡移动、电极反应式书写,题目难度较大.

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