Question

【题目】CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体，中国政府承诺，到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%。CO2的综合利用是解决温室问题的有效途径。

(1)研究表明CO2和H2在催化剂存在下可发生反应生成CH3OH。己知部分反应的热化学方程式如下：

CH3OH(g)+ 3/2O2(g) ＝CO2(g)+2H2O(1) ΔH1=a kJ·mol1

H2(g)+1/2O2(g) ＝H2O(1) ΔH2=b kJ·mol1

H2O(g) ＝ H2O(l) ΔH3=c kJ·mol1

则 CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=_______kJ·mol1

(2)为研究CO2与CO之间的转化，让一定量的CO2与足量碳在体积可变的密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g) 2CO(g) ΔH，反应达平衡后，测得压强、温度对CO的体积分数(φ(CO)％)的影响如图所示。

回答下列问题：

①压强p1、p2、p3的大小关系是______；Ka 、 Kb 、 Kc 为a、b、c三点对应的平衡常数，则其大小关系是______。

②900℃、1.0 MPa时，足量碳与a molCO2反应达平衡后，CO2的转化率为________ (保留三位有效数字)，该反应的平衡常数Kp＝______(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。

(3)以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4 为催化剂，可以将CO2 和CH4 直接转化成乙酸，CO2(g)+CH4(g) CH3COOH(g)。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示。250～300 ℃时，乙酸的生成速率降低的主要原因是_______。

(4)以铅蓄电池为电源可将CO2转化为乙烯，其原理如图所示，电解所用电极材料均为惰性电极。阴极上的电极反应式为__________；每生成0.5mol乙烯，理论上需消耗铅蓄电池中_____mol硫酸。

Answer 1

【答案】(3b-a-c ) p1＜p2＜p3 Ka＝Kb＜Kc 66.7% (或0.667) 3.2 Mpa 催化剂的催化效率降低 2CO2+12H++12e－ = CH2=CH2 +4H2O 6

【解析】

(1)第二个方程式2倍减去第一个方程式，再减去第三个方程式。

(2)①根据平衡移动来分析压强关系，根据温度变化来判断平衡常数；②分别假设计算出CO、CO2物质的量，再计算CO2的转化率和平衡常数。

(3)根据图中信息分析出催化剂的催化效率降低。

(4)根据分析，左侧CO2转化为乙烯，化合价降低，得到电子，根据Pb + PbO2+ 2H2SO4＝2PbSO4+ 2H2O分析电子转移与消耗硫酸关系。

(1)第二个方程式2倍减去第一个方程式，再减去第三个方程式得到CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=(3b－a－c) kJ·mol1；故答案为：(3b－a－c)。

(2)①从700℃分析，从下到上，CO体积分数增大，则说明平衡正向移动，该反应是体积增大的反应，即减小压强，因此压强p1、p2、p3的大小关系是p1＜p2＜p3；Ka、Kb、Kc为a、b、c三点对应的平衡常数，a、b温度相等，则平衡常数相等，b、c压强相同，温度不同，温度升高，CO体积分数增大，平衡正向移动，平衡常数变大，因此其大小关系是Ka＝Kb＜Kc；故答案为：p1＜p2＜p3；Ka＝Kb＜Kc。

②900℃、1.0 MPa时，足量碳与a molCO2反应达平衡后，CO的体积分数为为80%，则CO2的体积分数为20%，假设平衡时CO物质的量为0.8mol，CO2物质的量为0.2mol，则CO2改变量为0.4mol，因此CO2的转化率为，该反应的平衡常数；故答案为：66.7%(或0.667)；3.2 Mpa。

(3)根据图中信息，250～300 ℃时，乙酸的生成速率降低的主要原因是催化剂的催化效率降低；故答案为：催化剂的催化效率降低。

(4)以铅蓄电池为电源可将CO2转化为乙烯，其原理如图所示，电解所用电极材料均为惰性电极。根据分析，左侧CO2转化为乙烯，化合价降低，得到电子，为阴极，因此阴极上的电极反应式为2CO2+12H++12e－ = CH2=CH2+4H2O；根据Pb + PbO2+ 2H2SO4＝2PbSO4+ 2H2O分析，转移2mol电子，反应2mol硫酸，每生成0.5mol乙烯，转移6mol电子，所以理论上需消耗铅蓄电池中6 mol硫酸；故答案为：2CO2+12H++12e－ = CH2=CH2+4H2O；6。