Question

I．“低碳经济”时代，科学家利用“组合转化”等技术对CO₂进行综合利用。

（1）CO₂和H₂在一定条件下可以生成乙烯：6H₂(g)+2CO₂(g)CH₂==CH₂(g)+4H₂O(g) △H=a kJ·mol^-1

已知：H₂(g)的燃烧热为285.8 kJ·mol^-1，CH₂=CH₂(g)的燃烧热为1411.0 kJ·mol^-1，H₂O(g)= H₂O(l)  

△H=-44.0 kJ·mol^-1，则a=______kJ·mol^-1。

（2）上述生成乙烯的反应中，温度对CO₂的平衡转化率及催化剂的催化效率影响如图，下列有关说法不正确的是_______(填序号)

①温度越高，催化剂的催化效率越高

②温发低于250℃时，随着温度升高，乙烯的产率增大

③M点平衡常数比N点平衡常数大

④N点正反应速率一定大于M点正反应速率

⑤增大压强可提高乙烯的体积分数

（3）2012年科学家根据光合作用原理研制出“人造树叶”。右图是“人造树叶”的电化学模拟实验装置图，该装置能将H₂O和CO₂转化为O₂和有机物C₃H₈O。阴极的电极反应式为：__________________。

II．为减轻大气污染，可在汽车尾气排放处加装催化转化装置，反应方程式为：

2NO(g)+2CO(g) 2CO₂(g)+N₂(g)。

（4）上述反应使用等质量的某种催化剂时，温度和催化剂的比表面积对化学反应速率的影响对比实验如下表，c(NO)浓度随时间(t)变化曲线如下图：

①表中a=___________。

②实验说明，该反应是__________反应(填“放热”或“吸热”)。

③若在500℃时，投料NO的转化率为80％，则此温度时的平衡常数K=_____。

（5）使用电化学法也可处理NO的污染，装置如右图。已知电解池阴极室中溶液的pH在4～7之间，写出阴极的电极反应式：______。吸收池中除去NO的离子方程式为：_________________。

Answer

（1）－127.8 ；

（2）①②④ ；

（3）3CO2＋18H＋＋18e－＝C3H8O＋5H2O ；

（4）①1.20×10－3 ，② 放热 ；

③主要有三种情况，

第一种情况：设c(NO)=1mol·L－1 ，则K＝160；

第二种情况：设c(NO)=amol·L－1 ，则K＝；

第三种情况：设n(NO)=amol，容器的容积为V L，则K＝；

（5）2HSO3－＋2H＋＋2e－＝S2O42－＋2H2O，2NO＋2S2O42－＋2H2O＝N2＋4HSO3－；

【解析】

试题分析：（1）已知：①6H2（g）+2CO2（g）CH2=CH2（g）+4H2O（g）△H＝a kJ/mol，

②H2O (g)＝H2O（1） △H＝-571.6 kJ/mol，

因为H2和CH2=CH2的燃烧热分别为285.8kJ/mol和1411kJ/mol，则

③2H2（g）+O2（g）＝2H2O（l）△H＝- 44 kJ/mol，

④CH2=CH2（g）+3O2（g）＝2CO2（g）+2H2O（l）△H＝-1411 kJ/mol

根据盖斯定律可知③×3-④-②×4即得到反应①的反应热a＝3×（-571.6 kJ/mol）-（-1411 kJ/mol）-4×（- 44 kJ/mol） =-127.8kJ/mol；

（2）该反应为气体系数减小的放热反应。①温度太高，催化剂会失去催化活性，效率降低，错误；②温度低于250℃时，随温度升高乙烯的产率减小，错误；③由于该反应是放热反应，升温平衡逆向移动，则平衡常数：KM＞KN，正确；④生成乙烯的速率既受温度影响，也受催化剂影响，N点温度高但催化剂催化效率低，M点温度低但催化剂催化效率高，所以M点正反应速率有可能大于N点正反应速率，错误；⑤增大压强，平衡正向移动，可提高乙烯的体积分数，正确。答案选①②④；

（3）该装置能将H2O和CO2转化为O2和有机物C3H8O，根据化合价可知，CO2转化为C3H8O化合价降低，发生还原反应，根据图示可知与电源负极连接的电极为阴极，电极的反应式为：3CO2+18H＋+18e－＝C3H8O+5H2O；

（4）①因研究的是温度和催化剂的比表面积对化学反应速率的影响。根据控制变量法可知，NO的初始浓度应该一样，即a＝1.20×10－3，b＝82；

②根据曲线Ⅰ和Ⅲ可知，温度越高，NO的平衡浓度越大，反应逆向移动，则正反应为放热反应。

③根据平衡常数表达式可知：K＝，投料，NO的转化率为80％，设c(NO)＝1mol·L－1，则转化了的NO为0.8mol·L－1，平衡体系中NO、CO、CO2、N2浓度分别为0.2mol·L－1、0.2mol·L－1、0.8mol·L－1、0.4mol·L－1，代入表达式可得K＝160；同理可设c(NO)＝a mol·L－1，则K＝；也可设n(NO)＝a mol，容器的容积为VL，则K＝；

（5）由题给装置图可判断电解池的阴极区HSO3-得电子发生还原反应生成S2O42-，电解质溶液呈酸性，阴极的电极反应式：2HSO3-+2e－+2H＋＝S2O42-+2H2O。吸收池中NO与S2O42-反应生成氮气和HSO3-，离子方程式为：2NO+2S2O42-+2H2O＝N2+4HSO3-。

考点：考查盖斯定律，外界条件对反应速率和平衡状态的影响、平衡常数计算及电化学原理的应用等