Question

【題目】CO2是引起“溫室效應(yīng)”的主要物質(zhì)，CO2的甲烷化可以實(shí)現(xiàn)其循環(huán)利用。

甲烷化過(guò)程中，可能發(fā)生如下反應(yīng):

I. CO2 (g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) △H1

II. CO2 (g)+4H2(g) CO(g)+2H2O(g) △H2

已知反應(yīng)II中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下:

化學(xué)鍵	H—H	C=O	CO	H—O
E/(kJ·mol-1)	436	750	1076	463

由此計(jì)算△H2=_________________。

(2)在常壓、催化劑條件下，將CO2 和H2 (體積比為1:4，總物質(zhì)的量為m mol)置于密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)I和II。測(cè)得CO2轉(zhuǎn)化率、CH4和CO選擇性隨溫度變化情況分別如圖1和圖2所示(選擇性:轉(zhuǎn)化的CO2中生成CH4或CO的百分比)

①由圖1和圖2可知，△H1___0(填“>”或“<”)，____________可影響催化劑的選擇性。

②由圖1可知CO2的轉(zhuǎn)化率呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)，其原因是________________________________。

③下列措施能提高CO2平衡轉(zhuǎn)化率的是__________(填標(biāo)號(hào))

A.提高原料氣中H2所占比例 B.適當(dāng)增大壓強(qiáng) C.升高溫度 D.增大催化劑的比表面積 E.前段加熱，后段冷卻

④350℃時(shí)，反應(yīng)在t1時(shí)刻達(dá)到平衡，平衡時(shí)容器體積為VL，該溫度下反應(yīng)I的平衡常數(shù)為_____(用m、V表示)。

⑤550℃時(shí)，反應(yīng)在t2時(shí)刻達(dá)到平衡，此時(shí)容器中H2O(g)的物質(zhì)的量為__mol(用m表示)

(3)CO2與NaOH溶液反應(yīng)得到Na2CO3溶液。電解Na2CO3溶液的原理如圖所示，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為______________________________________。

Answer 1

【答案】 -66kJ/mol < 溫度 溫度較低時(shí)，溫度越高，速率越快，轉(zhuǎn)化率逐漸增大；溫度較高時(shí)，由于兩反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，溫度越高，平衡逆移，轉(zhuǎn)化率越低(其它答案合理也可) ABE 625V2/m2 0.198m 4CO32-+2H2O-4e-==4HCO3-+O2↑

【解析】（1）反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能生成物總鍵能, △H2=(2×750+436)kJmol1（1076 kJmol1+2×463 kJmol1）= -66kJ/mol 答案為：-66kJ/mol

（2）①由圖Ⅰ可知，反應(yīng)Ⅰ達(dá)到平衡狀態(tài)后，隨溫度升高二氧化碳平衡轉(zhuǎn)化率減小，說(shuō)明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故△H1<0；由圖II可知，催化劑的選擇性受到溫度的影響。②CO2的轉(zhuǎn)化率先增大是反應(yīng)正向進(jìn)行未達(dá)平衡狀態(tài)，達(dá)到平衡狀態(tài)后升高溫度，由于反應(yīng)I和II都是放熱反應(yīng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，導(dǎo)致CO2的轉(zhuǎn)化率降低。③A.提高原料氣中H2所占比例，有利于平衡正向移動(dòng)，增大CO2的轉(zhuǎn)化率，A正確；B.適當(dāng)增大壓強(qiáng)，反應(yīng)I正向移動(dòng)，反應(yīng)II無(wú)影響，可導(dǎo)致CO2的轉(zhuǎn)化率增大，B正確；C. 反應(yīng)I和II都是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，導(dǎo)致CO2的轉(zhuǎn)化率減小，C錯(cuò)誤；D.催化劑不影響平衡的移動(dòng)，不影響CO2的轉(zhuǎn)化率，D錯(cuò)誤；E.前段加熱，反應(yīng)速率加快，有利于增大CO2的轉(zhuǎn)化率，后段冷卻平衡正向移動(dòng)，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，E正確。

④根據(jù)圖I 350℃時(shí)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為0.8，三段式進(jìn)行計(jì)算

CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)　

初n 0.2m 0.8m 0 0

轉(zhuǎn)化n 0.2m ×0.8 0.2m ×0.8×4 0.2m×0.8 0.2m ×0.8×2

平衡n 0.2m ×0.2 0.2m×0.8 0.2m ×0.8 0.2m ×1.6

代入求平衡常數(shù)K=[ 0.2m×0.8×（0.2m ×1.6）2×] /[ 0.2m ×0.2×(0.2m×0.8）4×]=625V2/m2

⑤根據(jù)圖I可知550℃時(shí)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為0.6，根據(jù)圖II可知，轉(zhuǎn)化的CO2有65%生成CH4，有35%生成CO，根據(jù)反應(yīng)I. CO2 (g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)、II. CO2 (g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)這兩個(gè)方程式可得：550℃時(shí)，達(dá)到平衡，此時(shí)容器中H2O(g)的物質(zhì)的量為：0.2m ×0.6×65%×2+0.2m ×0.6×35%=0.198m。答案為：①< 、 溫度②溫度較低時(shí)，溫度越高，速率越快，轉(zhuǎn)化率逐漸增大；溫度較高時(shí)，由于兩反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，溫度越高，平衡逆移，轉(zhuǎn)化率越低(其它答案合理也可) ③ ABE ④ 625V2/m2 (單位可寫(xiě)可不寫(xiě)) ⑤0.198m

（3）陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，水中的氫氧根離子失去電子生成氫離子和氧氣，氫離子與碳酸根離子結(jié)合生成碳酸氫根離子，電極反應(yīng)式為4CO32-+2H2O-4e-==4HCO3-+O2↑答案為：4CO32-+2H2O-4e-==4HCO3-+O2↑