Question

4．科學家利用“組合轉化”等技術對CO₂進行綜合利用．如用H₂和CO₂在一定條件下可以合成乙烯：
6H₂（g）+2CO₂（g）?催化劑  CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H=a kJ/mol
（1）已知：①H₂和CH₂=CH₂的燃燒熱分別為285.8kJ/mol和1411kJ/mol
②H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ/mol
則a=-127.8 kJ/mol．
（2）不同溫度對CO₂的轉化率及催化劑的效率影響如圖1所示，下列有關說法不正確的是①②④（填序號）．
①M點的速率最大
②溫度低于250℃時，隨溫度升高乙烯的產率增大
③M點時平衡常數比N點時平衡常數大
④為提高 CO₂的轉化率應在盡可能低的溫度下進行反應
（3）若在密閉容器中充入體積比為 3：1的 H₂ 和CO₂，則圖中M點時，產物CH₂=CH₂的體積分數為7.7%；若要進一步提高乙烯的體積分數，可采取的措施有增大壓強．
（4）科學家開發了一種新型陶瓷（主要成分為Li₄SiO₄），在500℃時可高效吸收CO₂，同時生成 Li₂CO₃；該材料在 700℃時可再生循環．請寫出表示該過程的化學方程式CO₂+Li₄SiO4=Li₂CO₃+Li₂SiO₃．
（5）利用高溫電解技術可將CO₂轉化為高熱值的燃料CO如圖2：

①電極a發生還原（填“氧化”或“還原”）反應．
②高溫電解的總反應的化學方程式為2CO₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2CO+O₂．

Answer 1

分析 （1）燃燒熱是在101KP時，1mol可燃物完全燃燒生成穩定的氧化物時所放出的熱量，C元素要轉化為二氧化碳，H元素要轉化為液態水，依據H₂和CH₂=CH₂的燃燒熱分別為285.8kJ/mol和1411kJ/mol，書寫熱化學方程式，根據蓋斯定律計算得到6H₂（g）+2CO₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$ CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H；
（2）①溫度升高化學反應速率加快，催化劑的催化效率降低；
②該反應是放熱反應，升溫平衡逆向移動；
③反應是放熱反應，溫度升高平衡逆向進行；
④溫度越低催化劑活性越小，反應速率越慢；
（3）圖中M點時二氧化碳的轉化率50%，結合化學平衡三行計算列式得到，反應是氣體體積減小的反應增大壓強平衡正向進行；
（4）根據題干信息，反應物為CO₂與Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根據質量守恒進行解答；
（5）①與電源負極相連的電極a為陰極，與電源正極相連的電極b為陽極，a電極上是二氧化碳得到電子發生還原反應；
②將CO₂轉化為高熱值的燃料CO，依據原子守恒分析反應生成一氧化碳和氧氣．

解答 解：（1）H₂和CH₂=CH₂的燃燒熱分別為285.8kJ/mol和1411kJ/mol，熱化學方程式為：
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
蓋斯定律計算①×6-②-③×4得到：6H₂（g）+2CO₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H=-127.8kJ/mol，
故答案為：-127.8；
（2）①化學反應速率隨溫度的升高而加快，催化劑的催化效率降低，所以v（M）有可能小于v（N），故①不正確；
②溫度低于250℃時，隨溫度升高平衡逆向進行乙烯的產率減小，故②不正確；
③升高溫度二氧化碳的平衡轉化率減低，則升溫平衡逆向移動，所以M化學平衡常數大于N，故③正確；
④為提高CO₂的轉化率，平衡正向進行，反應是放熱反應，低的溫度下進行反應，平衡正向進行，但催化劑的活性、反應速率減小，故④不正確；
故答案為：①②④；
（3）若在密閉容器中充入體積比為 3：1的 H₂ 和CO₂，設為3mol，1mol，則圖中M點時二氧化碳轉化率50%，
             6H₂（g）+2CO₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）
起始量（mol）  3       1                 0           0
變化量（mol）  1.5     0.5               0.25        1
平衡量（mol）  1.5     0.5               0.25        1
產物CH₂=CH₂的體積分數=$\frac{0.25}{1.5+0.5+0.25+1}$×100%=7.7%，
反應前后氣體體積減小，若要進一步提高乙烯的體積分數，可采取的措施有增大壓強平衡正向進行，
故答案為：7.7%，增大壓強；
（4）科學家開發了一種新型陶瓷（主要成分為Li₄SiO₄），在500℃時可高效吸收CO₂，同時生成 Li₂CO₃，該材料在 700℃時可再生循環，反應的化學方程式為：CO₂+Li₄SiO₄$\frac{\underline{\;500℃\;}}{\;}$Li₂CO₃+Li₂SiO₃，
故答案為：CO₂+Li₄SiO₄$\frac{\underline{\;500℃\;}}{\;}$Li₂CO₃+Li₂SiO₃；
（5））①CO₂+H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{高溫}$CO+H₂+O₂，二氧化碳中的碳元素化合價降低，被還原，水中的氫元素化合價降低被還原，反應物中的氧元素化合價升高，被氧化，失去電子發生氧化反應生成氧氣，與電源負極相連的電極a為陰極，與電源正極相連的電極b為陽極，a電極上是二氧化碳得到電子發生還原反應生成，
故答案為：還原；
②將CO₂轉化為高熱值的燃料CO，依據原子守恒分析反應生成一氧化碳和氧氣，反應的化學方程式為：2CO₂=2CO+O₂，
故答案為：2CO₂=2CO+O₂．

點評 本題考查了熱化學方程式書寫、化學平衡的計算、原電池和電解池原理的理解應用，注意化學方程式書寫方法，題目難度中等．