Question

9．综合利用CO₂、CO对构建低碳社会有重要意义．
（1）利用H₂和CO在一定条件下发生如下反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）（放热反应）．对此反应进行如下研究：在恒温，体积为2L的密闭容器中分别充入1.2mol CO和1mol H₂，10min后达到平衡，测得含有0.4mol CH₃OH（g）．
①10min后达到平衡时CO的浓度为0.4mol/L；
②10min内用H₂表示的平均反应速率为0.04mol/（L．min）；
③若要加快CH₃OH的生成速率，可采取的措施有增大压强（填一种合理的措施）
（2）利用H₂和CO₂在一定条件下可以合成乙烯：6H₂+2CO₂$\stackrel{催化剂}{?}$  CH₂═CH₂+4H₂O
①已知：4.4gCO₂与H₂完全转化为CH₂═CH₂和水（气态）共放出6.39kJ的热量，写出该反应的热化学方程式6H₂（g）+2CO₂（g） CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H=-127.8 kJ/mol．
②不同温度对CO₂的转化率及催化剂的催化效率的影响如图甲所示．

下列有关说法不正确的是a（填序号）．
a．不同条件下反应，N点的速率最大
b．温度在约250℃时，催化剂的催化效率最高
c．相同条件下，乙烯的产量M点比N高
③若在密闭容器中充入体积比为 3：1的 H₂和CO₂，则图甲中M点时，产物CH₂═CH₂的体积分数为7.7%．（保留两位有效数字）
（3）利用一种钾盐水溶液作电解质，CO₂电催化还原为乙烯，如图乙所示．在阴极上产生乙烯的电极反应方程式为2CO₂+12H⁺+12e^-═CH₂=CH₂+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始量（mol）：1.2           1             0
转化量（mol）：0.4        0.8             0.4
平衡量（mol）：0.8        0.2             0.4
①结合c=$\frac{n}{V}$计算；
②结合v=$\frac{△c}{△t}$计算；
③由于反应是体积减小的反应，因此可以通过增大压强的方法提高CH₃OH的生成速率，而且能使产物的产率增大；
（2）①4.4gCO₂与H₂完全转化为CH₂═CH₂和水（气态）共放出6.39kJ的热量，也即0.01mol的CO₂与H₂完全反应放出6.39kJ的热量，故2molCO₂与H₂完全反应放出的热量为：6.39kJ×20=127.8kJ，由此书写热化学方程式；
②a．温度越高，反应速率越大；
b．温度在约250℃时，催化剂的催化效率对应转化率最大；
c．转化率越大，乙烯的产量越大；
③图中M点时，转化率为50%，在密闭容器中充入体积比为 3：1的 H₂和CO₂，
对于反应6H₂（g）+2CO₂（g）=CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）
起始量：3                 1               0                  0
转化量：1.5               0.5              0.25              1
剩余量：1.5               0.5            0.25                1
产物CH₂═CH₂的体积分数为$\frac{0.25}{1.5+0.5+0.25+1}$×100%，进行计算；
（3）在电解池中，电源正极连接电解池阴极，在阴极处得电子，发生还原反应，发生的反应为二氧化碳与氢离子反应生成乙烯和水．

解答 解：（1）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始量（mol）：1.2          1                0
转化量（mol）：0.4          0.8              0.4
平衡量（mol）：0.8          0.2              0.4
①达到平衡时CO的浓度为$\frac{0.8mol}{2L}$=0.4mol/L 
 故答案为：0.4mol/L；
②10min内用H₂的浓度变化量△c（H₂）=$\frac{0.8mol}{2L}$=0.4mol/L，
10min内用H₂表示的平均反应速率v=$\frac{△c（H2）}{△t}$=0.04mol/（L．min）
 故答案为：0.04mol/（L．min）；
③由于反应是体积减小的反应，因此可以通过增大压强的方法提高CH₃OH的生成速率，而且能使产物的产率增大．
 故答案为：增大压强；
（2）①4.4gCO₂与H₂完全转化为CH₂═CH₂和水（气态）共放出6.39kJ的热量，也即0.01mol的CO₂与H₂完全反应放出6.39kJ的热量，故2molCO₂与H₂完全反应放出的热量为：6.39kJ×20=127.8kJ，热化学方程式为6H₂（g）+2CO₂（g） CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H=-127.8  kJ/mol，
故答案为：6H₂（g）+2CO₂（g） CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H=-127.8  kJ/mol；
②a、温度越高，反应速率越快，N点的温度不是最高的温度，故a不正确；
b、读图可知，温度在约250℃时，催化剂的催化效率最高，故b正确；
c、读图可知，M点比N的CO₂的转化率高，乙烯的产量也高，故c正确；
故选：a．
③对于反应6H₂（g）+2CO₂（g）=CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）
    起始量：3              1                    0                     0
     转化量：1.5          0.5              0.25                  1
     剩余量：1.5          0.5              0.25                  1
所以产物CH₂═CH₂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% 或0.077；
（3）分析可知，电源的正极连接电解池的阴极，所以铜片为阴极，发生的反应为二氧化碳与氢离子反应生成乙烯和水，方程式为2CO₂+12H⁺+12e^-═CH₂=CH₂+4H₂O，
故答案为：2CO₂+12H⁺+12e^-═CH₂=CH₂+4H₂O．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握图中温度与平衡的影响、平衡移动、平衡计算为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，注意化学平衡三段法的应用，题目难度不大．