Question

4．科学家利用“组合转化”等技术对CO₂进行综合利用．如用H₂和CO₂在一定条件下可以合成乙烯：
6H₂（g）+2CO₂（g）?催化剂  CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H=a kJ/mol
（1）已知：①H₂和CH₂=CH₂的燃烧热分别为285.8kJ/mol和1411kJ/mol
②H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ/mol
则a=-127.8 kJ/mol．
（2）不同温度对CO₂的转化率及催化剂的效率影响如图1所示，下列有关说法不正确的是①②④（填序号）．
①M点的速率最大
②温度低于250℃时，随温度升高乙烯的产率增大
③M点时平衡常数比N点时平衡常数大
④为提高 CO₂的转化率应在尽可能低的温度下进行反应
（3）若在密闭容器中充入体积比为 3：1的 H₂ 和CO₂，则图中M点时，产物CH₂=CH₂的体积分数为7.7%；若要进一步提高乙烯的体积分数，可采取的措施有增大压强．
（4）科学家开发了一种新型陶瓷（主要成分为Li₄SiO₄），在500℃时可高效吸收CO₂，同时生成 Li₂CO₃；该材料在 700℃时可再生循环．请写出表示该过程的化学方程式CO₂+Li₄SiO4=Li₂CO₃+Li₂SiO₃．
（5）利用高温电解技术可将CO₂转化为高热值的燃料CO如图2：

①电极a发生还原（填“氧化”或“还原”）反应．
②高温电解的总反应的化学方程式为2CO₂$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2CO+O₂．

Answer 1

分析 （1）燃烧热是在101KP时，1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，C元素要转化为二氧化碳，H元素要转化为液态水，依据H₂和CH₂=CH₂的燃烧热分别为285.8kJ/mol和1411kJ/mol，书写热化学方程式，根据盖斯定律计算得到6H₂（g）+2CO₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$ CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H；
（2）①温度升高化学反应速率加快，催化剂的催化效率降低；
②该反应是放热反应，升温平衡逆向移动；
③反应是放热反应，温度升高平衡逆向进行；
④温度越低催化剂活性越小，反应速率越慢；
（3）图中M点时二氧化碳的转化率50%，结合化学平衡三行计算列式得到，反应是气体体积减小的反应增大压强平衡正向进行；
（4）根据题干信息，反应物为CO₂与Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根据质量守恒进行解答；
（5）①与电源负极相连的电极a为阴极，与电源正极相连的电极b为阳极，a电极上是二氧化碳得到电子发生还原反应；
②将CO₂转化为高热值的燃料CO，依据原子守恒分析反应生成一氧化碳和氧气．

解答 解：（1）H₂和CH₂=CH₂的燃烧热分别为285.8kJ/mol和1411kJ/mol，热化学方程式为：
①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol，
②CH₂=CH_{2 （g）}+3O_2（g）→2CO_2（g）+2H₂O（l），△H=-1411kJ/mol，
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ/mol
盖斯定律计算①×6-②-③×4得到：6H₂（g）+2CO₂（g）$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H=-127.8kJ/mol，
故答案为：-127.8；
（2）①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①不正确；
②温度低于250℃时，随温度升高平衡逆向进行乙烯的产率减小，故②不正确；
③升高温度二氧化碳的平衡转化率减低，则升温平衡逆向移动，所以M化学平衡常数大于N，故③正确；
④为提高CO₂的转化率，平衡正向进行，反应是放热反应，低的温度下进行反应，平衡正向进行，但催化剂的活性、反应速率减小，故④不正确；
故答案为：①②④；
（3）若在密闭容器中充入体积比为 3：1的 H₂ 和CO₂，设为3mol，1mol，则图中M点时二氧化碳转化率50%，
             6H₂（g）+2CO₂（g）$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）
起始量（mol）  3       1                 0           0
变化量（mol）  1.5     0.5               0.25        1
平衡量（mol）  1.5     0.5               0.25        1
产物CH₂=CH₂的体积分数=$\frac{0.25}{1.5+0.5+0.25+1}$×100%=7.7%，
反应前后气体体积减小，若要进一步提高乙烯的体积分数，可采取的措施有增大压强平衡正向进行，
故答案为：7.7%，增大压强；
（4）科学家开发了一种新型陶瓷（主要成分为Li₄SiO₄），在500℃时可高效吸收CO₂，同时生成 Li₂CO₃，该材料在 700℃时可再生循环，反应的化学方程式为：CO₂+Li₄SiO₄$\frac{\underline{\;500℃\;}}{\;}$Li₂CO₃+Li₂SiO₃，
故答案为：CO₂+Li₄SiO₄$\frac{\underline{\;500℃\;}}{\;}$Li₂CO₃+Li₂SiO₃；
（5））①CO₂+H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{高温}$CO+H₂+O₂，二氧化碳中的碳元素化合价降低，被还原，水中的氢元素化合价降低被还原，反应物中的氧元素化合价升高，被氧化，失去电子发生氧化反应生成氧气，与电源负极相连的电极a为阴极，与电源正极相连的电极b为阳极，a电极上是二氧化碳得到电子发生还原反应生成，
故答案为：还原；
②将CO₂转化为高热值的燃料CO，依据原子守恒分析反应生成一氧化碳和氧气，反应的化学方程式为：2CO₂=2CO+O₂，
故答案为：2CO₂=2CO+O₂．

点评 本题考查了热化学方程式书写、化学平衡的计算、原电池和电解池原理的理解应用，注意化学方程式书写方法，题目难度中等．