Question

“低碳生活，绿色出行”已经成为很多人的生活理念。CO₂的捕捉和利用也成为了科学家们积极探索的热门领域。回答下列问题:

（1）用CO₂催化加氢可制取乙烯，其能量关系如图1，写出该反应的热化学方程式____________。

（2）以硫酸作电解质溶液，利用太阳能电池将CO₂转化为乙烯的工作原理如图2。则A为电池的___极，N极的电极反应式为_________________________。

（3）用CO₂催化加氢制取二甲醚的反应为:2CO₂(g)+6H₂(g) CH₃OCH₃(g)+3H₂O(g)

在恒容密闭容器中，均充入2mol.CO₂和6molH₂，分别以Ir和Ce作催化剂，反应进行相同的时间后测得的CO₂的转化率a(CO₂)随反应温度的变化情况如图3。

①用Ir和Ce作催化剂时，反应的活化能更低的是_______。

②a、b、c、d和e五种状态，反应一定达到平衡状态的是__________，反应的△H ___0(填“>”、“=”或“<”)。

③从状态a到c，CO₂转化率不断增大的原因是________________________________。

④状态e时，a(CO₂)= 50%，若保持容器容积为10L，则此时的平衡常数K=____。

Answer

CO2(g)+3H2(g)=== 1/2C2H4(g)+2H2O ΔH=－(b－a) kJ/mol 负 4OH――4e－=O2↑+2H2O或2H2O―4e－=O2↑+4H+ Ir d和e ＜ 状态a和c均未达到平衡，从状态a到c，温度不断升高，化学反应速率不断增大，故在相同时间内CO2的转化量不断增大、CO2的转化率不断增大 （或23.15）

【解析】（1）用CO2催化加氢可制取乙烯，由图1可知，反应物的键能总和为a kJ/mol、生成物的键能总和为b kJ/mol，所以，该反应的热化学方程式CO2(g)+3H2(g)=== 1/2C2H4(g)+2H2O ΔH=－(b－a) kJ/mol。

（2）以硫酸作电解质溶液，利用太阳能电池将CO2转化为乙烯。由其工作原理图2可知，该装置为电解池，M极上CO2被还原为乙烯，则M极为阴极、A为电池的负极，N极为阳极，氢氧根放电生成氧气，电极反应式为4OH――4e－=O2↑+2H2O或2H2O―4e－=O2↑+4H+。

（3）①由图中信息可知，当温度为400K~800K时，反应进行相同的时间后测得Ir作催化剂的CO2的转化率a(CO2)较高，说明Ir的催化效率更高，所以，用Ir和Ce作催化剂时，反应的活化能更低的是Ir。

②由图可知，当温度高于800K时，CO2的转化率a(CO2)随反应温度升高而减小，说明该反应为放热反应，温度升高化学平衡向逆反应方向移动，在一定的温度范围内，温度越高化学反应速率越快，所以，a、b、c、d和e五种状态，反应一定达到平衡状态的是d和e，反应的△H ＜0。

③从状态a到c，CO2转化率不断增大的原因是：状态a和c均未达到平衡，从状态a到c，温度不断升高，化学反应速率不断增大，故在相同时间内CO2的转化量不断增大、CO2的转化率不断增大。

④状态e为平衡状态，a(CO2)= 50%，则CO2的变化量为1mol，H2、CH3OCH3、H2O的变化量分别为3mol、0.5mol、1.5mol，各组分的平衡量与变化量相同，若保持容器容积为10L，则CO2、H2、CH3OCH3、H2O的平衡浓度分别为0.1mol/L、0.3mol/L、0.05mol/L、0.15mol，此时的平衡常数K= （或23.15）。