Question

【題目】含碳化合物在生產生活中廣泛存在，Andren Dasic等提出在M+的作用下以N2O為氧化劑可以氧化乙烯生成乙醛，催化體系氧化還原循環如圖所示，請回答下列問題。

(1)已知N2O(g)+M+(s)=N2(g)+MO+(s) ΔH1=+678kJ·mol-1

MO+(s)+C2H4(g)=C2H4O(g)+M+(s) ΔH2=-283kJ·mol-1

請寫出在M+的作用下以N2O為氧化劑氧化乙烯生成乙醛的熱化學方程式：_________

(2)已知在含少量的I2溶液中，反應CH3CHO (aq)CH4 (g) +CO (g)分兩步進行：第Ⅰ步反應CH3CHO (aq) +I2 (aq) →CH3I (l) +HI (aq) +CO (g) (慢反應)，第II步為快反應。

①決定此反應快慢的是第______(填“Ⅰ”或“II”)步反應

②請寫出第II步反應的化學方程式：_________

(3)若物質與氧原子的結合力用OA表示，氧原子與N2生成N2O的結合力OA(N2) =167.4 kJ·mol-1， 氧原子與乙烯生成乙醛的結合力OA (C2H4) = 473 kJ·mol-1，則可做該反應催化劑的M+與氧原子的的結合力OA (M+)的值應滿足________，使用催化劑會使該反應的活化能________ (填“增大”、 “減小”、“不變”)。

(4)某2L容器中發生: 2CO2(g)2CO (g)+O2 (g)，2molCO2在不同溫度下平衡分解的情況如圖所示。

①恒溫恒容條件下，能表示該可逆反應達到平衡狀態的是______(填標號)

A.CO體積分數與O2體積分數的比值保持不變

B.容器內混合氣體的密度保持不變

C.容器內混合氣體的平均摩爾質量保持不變

D.容器內碳元素的質量分數保持不變

②圖中a、b、c三點的平衡常數K(a)、K(b)、K(c)的大小關系為_______

③為實現CO2減排，目前較成熟的方法是用高濃度的K2CO3溶液吸收工業煙氣中的CO2，得溶液X，再利用電解法使K2CO3溶液再生，其裝置示意圖如圖，用必要的文字和化學用語簡述在陰極區再生的原理____________。

Answer 1

【答案】N2O(g)+C2H4(g)=N2(g)+C2H4O(g) H=+395kJ/mol Ⅰ CH3I(l)+HI(aq)→CH4(g)+I2(aq) 167.4kJ/mol<OA(M)<473 kJ/mol 減小 C K(a)=K(b)<K(c) 存在電離平衡：H++，陰極H+放電，H+濃度減小，平衡右移

【解析】

(4)①當反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發生變化，據此分析；
②據圖可知溫度升高CO2的體積分數減小，說明升高溫度平衡正向移動，正反應為吸熱反應；

(1)已知：①N2O(g)+M+(s)=N2(g)+MO+(s) ΔH1=+678kJ·mol-1

②MO+(s)+C2H4(g)=C2H4O(g)+M+(s) ΔH2=-283kJ·mol-1

根據蓋斯定律①+②可得N2O(g)+C2H4(g)=N2(g)+C2H4O(g) H=ΔH1+ΔH2=+678kJ·mol-1+(-283kJ·mol-1)=+395kJ/mol；

(2)①慢反應決定整體反應速率，所以決定此反應快慢的是第Ⅰ步；

②總反應-第Ⅰ步反應可得第II步反應為CH3I(l)+HI(aq)→CH4(g)+I2(aq)；

(3)由催化劑的作用機理結合圖示信息知，當氧原子與催化劑的結合力處于中間值時，此反應可以發生，則167.4kJmol-1<OA(M)<473kJmol-1；催化劑能降低該反應的活化能；

(4)①A．起始投料為CO2，根據反應方程式可知無論是否平衡，反應過程中CO體積分數與O2體積分數的比值均為2:1，故A不符合題意；

B．容器恒容，反應物和生成物均為氣體，所以氣體質量始終不變，則無論是否平衡，氣體的密度始終不變，故B不符合題意；

C．氣體質量始終不變，但該反應前后氣體系數之和不相等，為平衡時氣體的總物質的量會變，則平均相對分子質量會變，所以當其不變時反應平衡，故C符合題意；

D．根據質量守恒可知容器內碳元素的質量分數始終不變，故D不符合題意；

綜上所述選C；

②據圖可知溫度升高CO2的體積分數減小，說明升高溫度平衡正向移動，正反應為吸熱反應，則溫度越高，平衡常數越大，c點溫度高于a、b，所以c點平衡常數最大，a、b兩點溫度相同，平衡常數相同，所以三點平衡常數大小關系為K(a)=K(b)<K(c)；

③K2CO3溶液吸收工業煙氣中的CO2可以得到KHCO3溶液，將KHCO3溶液通入電解池陰極，存在電離平衡：H++，陰極H+放電，H+濃度減小，平衡右移，實現K2CO3溶液再生。