Question

18．一定條件下合成乙烯：6H₂（g）+2CO₂（g）CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H₁
已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₂=-480kJ•mol^-1
CH₂=CH₂（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-1400kJ•mol^-1

（1）△H₁=-40kJ•mol^-1．請標出該反應電子轉移的方向和數目．
（2）溫度對CO₂的平衡轉化率和催化劑催化效率的影響如圖1，下列說法正確的是AB．
A．生成乙烯的速率：v（M）有可能小于v（N）
B．平衡常數：K_M＞K_N
C．催化劑會影響CO₂的平衡轉化率
（3）若投料比n（H₂）：n（CO₂）=3：1，則圖中M點時，乙烯的體積分數為7.7%（保留兩位有效數字）．
（4）為提高CO₂的平衡轉化率，除改變溫度外，還可采取的措施有增大壓強，或增大n（H₂）/n（CO₂）的比值，或增加c（H₂）或將產物乙烯氣體分離出來．（任寫一條）
（5）電解法可制取乙烯（圖2），電極a接電源的負極，該電極反應式為2CO₂+12H⁺+12e^-→CH₂=CH₂+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）據已知熱化學方程式，結合待求焓變的方程式利用蓋斯定律解答；據反應前后化合價變化標電子轉移的方向和數目；
（2）A、溫度升高化學反應速率加快，催化劑的催化效率降低；
B、該反應是放熱反應，升溫平衡逆向移動；
C、催化劑只影響化學反應速率，不影響平衡移動；
（3）投料比n（H₂）：n（CO₂）=3：1，M點時，二氧化碳的轉化率為50%，則氫氣的轉化率也是50%，據此分析；
（4）要提高CO₂的平衡轉化率，需使平衡正向移動；
（5）據圖分析，在酸性條件下二氧化碳電解生成乙烯和氧氣，氧氣在陽極生成，陰極生成乙烯；

解答 解：（1）已知：①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₂=-480kJ•mol^-1
②CH₂=CH₂（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-1400kJ•mol^-1
據蓋斯定律，①×3-②得：6H₂（g）+2CO₂（g）=CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H₁=（-480kJ•mol^-1）×3-（-1400kJ•mol^-1）=-40 kJ•mol^-1，
氫氣從0價變為+1價，C從+4價變為-2價，所以6mol氫氣反應轉移12mol電子，，
故答案為：-40 kJ•mol^-1；；
（2）A、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A正確；
B、升溫平衡逆向移動，化學平衡常數減小，故B正確；
C、催化劑只影響反應速率，不影響平衡移動和轉化率，故C錯誤；
故答案為：AB；
（3）假設加入的氫氣和二氧化碳分別為3mol和1mol，則M點時，有氫氣1.5mol，二氧化碳0.5mol，乙烯0.25mol，水蒸氣1mol，所以M點時乙烯的體積分數為$\frac{0.25}{1.5+0.5+0.25+1}$×100%=7.7%，故答案為：7.7%；
（4）加壓、增大氫氣濃度或減小生成物濃度都可以使平衡正向移動，二氧化碳的轉化率增大，
故答案為：增大壓強，或增大n（H₂）/n（CO₂）的比值，或增加c（H₂）或將產物乙烯氣體分離出來；
（5）據圖分析，在酸性條件下二氧化碳電解生成乙烯和氧氣，氧氣在陽極生成，陰極生成乙烯，所以a接電源的負極，發生還原反應，電極反應式為2CO₂+12H⁺+12e^-→CH₂=CH₂+4H₂O，故答案為：負；2CO₂+12H⁺+12e^-→CH₂=CH₂+4H₂O．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、據圖象分析化學反應速率的影響因素、平衡計算、平衡移動、電極反應式書寫，題目難度較大．