Question

科学家利用“组合转化”等技术对CO₂进行综合利用。如用H₂ 和CO₂在一定条件下可以合成乙烯：6H₂（g）＋2CO₂（g） CH₂＝CH₂（g）＋4H₂O（g） △H=a kJ/mol

（1）已知：①H₂和CH₂＝CH₂的燃烧热(△H)分别为-285.8kJ/mol和-1411kJ/mol

②H₂O（g）= H₂O（l）  △H=-44 kJ/mol  则a＝             kJ/mol。

（2）不同温度对CO₂的转化率及催化剂的效率影响如图所示，下列有关说法不正确的是  （填序号）。

①不同条件下反应，N点的速率最大

②温度低于250℃时，随温度升高乙烯的产率增大

③M点时平衡常数比N点时平衡常数大

④实际反应应尽可能在较低的温度下进行，以提高 CO₂的转化率

（3）若在密闭容器中充入体积比为 3∶1的 H₂ 和CO₂，则图中M点时，产物CH₂＝CH₂的体积分数为       ；若要进一步提高乙烯的体积分数，可采取的措施有             。

（4）科学家开发了一种新型陶瓷（主要成分为Li₄SiO₄），在500℃时可高效吸收CO₂，同时生成 Li₂CO₃；该材料在700℃时可再生循环。请写出表示该过程的化学方程式________。

（5）利用高温电解技术可将CO₂转化为高热值的燃料CO:

电极a发生      （填“氧化”或“还原”）反应；电极反应式为                       。

Answer

（1）—127.8 （2）①②④（3）7.7% 增大压强（降低温度）（4）CO2+Li4SiO4Li2CO3+Li2SiO3 （5）还原；CO2+2e-=CO+O2-

【解析】

试题分析：（1）H2和CH2＝CH2的燃烧热(△H)分别为-285.8kJ/mol和-1411kJ/mol，则

①2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H＝—571.6kJ/mol

②CH2=CH2（g）+3O2（g）=2CO2（g）+2H2O（g）△H=—1411kJ/mol

③H2O（g）= H2O（l） △H=-44 kJ/mol

则根据盖斯定律可知①×3—②—③×4即得到反应6H2（g）＋2CO2（g） CH2＝CH2（g）＋4H2O（g） △H=—571.6kJ/mol ×3＋1411kJ/mol ＋4×44 kJ/mol ＝—127.8kJ/mol

（2）①生成乙烯的速率既受温度影响，也受催化剂影响，M点催化剂催化效率高但温度低，N点催化剂催化效率低但温度高，所以不同条件下反应，N点的速率不一定最大，①错误；②温度低于250℃时，随温度升高二氧化碳转化量降低，则乙烯的产率减小，②错误；③平衡常数只与温度有关系，M点温度低于N点温度，温度高平衡向逆反应方向进行，则M点时平衡常数比N点时平衡常数大，③正确；④由于催化剂还受温度影响，则根据图像可知实际反应应控制温度在250℃左右，④错误，答案选①②④。

（3）若投料比n（H2）：n（CO2）=3：1，设H2为3mol、CO2为1mol，M点时CO2的转化率为50%，则转化的二氧化碳为0.5mol，则：

6H2（g）＋2CO2（g） CH2＝CH2（g）＋4H2O（g）

起始量（mol） 3 1 0 0

变化量（mol） 1.5 0.5 0.25 1

平衡量（mol） 1.5 0.5 0.25 1

乙烯的体积分数=×100%=7.7%；为提高乙烯的体积分数，应改变条件使平衡正向移动，因此可以降低温度或增大压强等；

（4）Li4SiO4在500℃时可高效吸收CO2，同时生成 Li2CO3；该材料在700℃时可再生循环，则根据原子守恒可知表示该过程的化学方程式为CO2+Li4SiO4Li2CO3+Li2SiO3。

（5）电极a通入CO2，生成CO，碳元素化合价降低，所以a电极是正极，发生得到电子的还原反应，电极反应式为CO2+2e-=CO+O2-。

【考点定位】本题主要是考查反应热计算、化学平衡计算与影响因素、电解原理等

【名师点晴】该题综合性强，需要学生具备扎实的基础与灵活运用的能力，题目难度较大。难点是关于外界条件对反应速率的影响，注意在讨论影响化学反应速率的因素时注意控制变量法的应用，即在其他条件都相同的情况下进行比较。如果有两个变量，则无法进行判断。在选择温度时，既要考虑对化学反应速率的影响，还有考虑对催化剂活性的影响。