Question

10．工业生产会产生大量CO₂，增加了碳排放量．人们一直努力将CO₂变废为宝．
途径一：将CO₂催化加氢可制取乙烯．
已知：2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H=-152kJ/mol
（1）化学键的键能如下表所示，则表中的x=612

化学键	C=O	H-H	C=C	C-H	H-O
键能/KJ mol	803	436	x	414	464

（2）如图所示为在体积为2L的恒容容器中，投料为1 mol CO₂和3mol H₂时，测得温度对CO₂的平衡转化率和催化剂催化效率的影响．

请回答：
①计算250℃时该反应的化学平衡常数K=$\frac{0.125×0．{5}^{4}}{0.2{5}^{2}×0.7{5}^{6}}$（列出计算式即可）．
②下列说法正确的是a
a．平衡常数大小：M＞N
b．反应物活化分子百分数大小：M＞N
c．当压强、混合气体的密度或$\frac{c（{H}_{2}）}{c（C{O}_{2}）}$不变时均可视为化学反应已达到平衡状态
d．其他条件不变，若不使用催化剂，则250℃时CO₂的平衡转化率可能位于点M₁
（3）下列措施一定可以提高平衡体系中C₂H₄百分含量，又能加快反应速率的是b
a．升高温度            b．缩小体积，增大压强
c．增大H₂的浓度    d．将产物从反应体系中分离出来
途径二：以稀硫酸为电解质，利用电解原理将CO₂转化为乙烯．
已知：该电解池的工作原理如图所示．

（4）M极上的电极反应式为2CO₂+12H⁺+12e^-=CH₂=CH₂+4H₂O．
（5）已知铅蓄电池放电时发生的反应为：PbO₂+Pb+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O．若铅蓄电池中消耗1mol H₂SO₄，理论上能产生标准状况下C₂H₄1.87L（结果保留两位小数）．
（6）反应一段时间后，停止通电并撤掉交换膜使溶液充分混合．此时和电解前相比，硫酸溶液的pH变小（选填“变大”、“变小”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）依据反应热=反应物总键能-生成物总能键能计算解答；
（2）①由图可知，250℃时CO₂的平衡转化率为50%，利用三段式求出平衡时的浓度，再根据平衡常数表达式计算；
②a．该反应正方向为放热反应，升高温度逆向移动；
b．温度越高，反应物活化分子百分数越大；
c．混合气体的质量不变，体积不变，所以混合气体的密度始终不变；
d．根据图象分析；
（3）根据影响化学平衡的因素分析；
（4）由图可知M极由二氧化碳生成乙烯，则该极得电子发生氧化反应，据此书写；
（5）根据电子转移数目相等计算；
（6）根据总反应2CO₂+2H₂O?C₂H₄+3O₂可知，混合后硫酸溶液的溶剂减少，酸性增强，pH减小．

解答 解：（1）反应热=反应物总键能-生成物总能键能，根据2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g），则△H=（4×804+12×436-4×414-X-8×464）kJ•mol^-1=-152kJ•mol^-1，解得X=612KJ/mol；
故答案为：612；
（2）①由图可知，250℃时CO₂的平衡转化率为50%，则
       2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）
c始：0.5            1.5             0                         0
c转：0.25          0.75           0.125                  0.5
c平：0.25          0.75           0.125                  0.5
则平衡常数K=$\frac{0.125×0．{5}^{4}}{0.2{5}^{2}×0.7{5}^{6}}$；
故答案为：$\frac{0.125×0．{5}^{4}}{0.2{5}^{2}×0.7{5}^{6}}$；
②a．该反应正方向为放热反应，升高温度逆向移动，N点的温度大于M点，所以M点反应向正方向进行的程度大，即平衡常数大小：M＞N，故a正确；
b．温度越高，反应物活化分子百分数越大，N点的温度高，所以反应物活化分子百分数大小：M＜N，故b错误；
c．混合气体的质量不变，体积不变，所以混合气体的密度始终不变，所以不能根据混合气体的密度来判断化学反应是否达到平衡状态，故c错误；
d．由图象可知，其他条件不变，若不使用催化剂，则250℃时CO₂的平衡转化率可能位于点M，故d错误；
故答案为：a；
（3）a．升高温度，有利于逆方向，平衡体系中C₂H₄百分含量降低，故a错误；
b．缩小体积，增大压强，反应速率加快，平衡正向移动，平衡体系中C₂H₄百分含量增加，故b正确；
c．增大H₂的浓度，反应速率加快．平衡正向移动，有利于C₂H₄的生成，但是平衡体系中C₂H₄百分含量降低，故c错误；
d．将产物从反应体系中分离出来，反应速率减慢，故d错误；
故答案为：b；
（4）由图可知M极由二氧化碳生成乙烯，则该极得电子发生氧化反应，电极反应式为：2CO₂+12H⁺+12e^-=CH₂=CH₂+4H₂O；
故答案为：2CO₂+12H⁺+12e^-=CH₂=CH₂+4H₂O；
（5）已知铅蓄电池放电时发生的反应为：PbO₂+Pb+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O．若铅蓄电池中消耗1mol H₂SO₄，则转移电子为1mol，根据2CO₂+12H⁺+12e^-=CH₂=CH₂+4H₂O，生成的乙烯为$\frac{1}{12}$mol，标况下的体积为$\frac{1}{12}$mol×22.4L/moL=1.87L；
故答案为：1.87；
（6）由图可知M极由二氧化碳生成乙烯，电极反应式为：2CO₂+12H⁺+12e^-=CH₂=CH₂+4H₂O，N极为溶液中水参与放电生成氧气，电极反应式为：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂，则总反应2CO₂+2H₂O?C₂H₄+3O₂，混合后硫酸溶液的溶剂减少，酸性增强，pH变小；
故答案为：变小．

点评 本题考查了反应热与键能的关系、化学平衡移动的影响因素、化学平衡计算、电解池与原电池原理等，注意三段式在化学平衡计算中的灵活应用是解题的关键，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力、计算能力，题目难点中等．