Question

【題目】I．“低碳經(jīng)濟(jì)”時代，科學(xué)家利用“組合轉(zhuǎn)化”等技術(shù)對CO2進(jìn)行綜合利用。

（1） CO2和H2在一定條件下可以生成乙烯：6H2(g)+2CO2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g) △H=akJ·mol-1已知：H2(g)的燃燒熱為285.8kJ·mol-1，CH2=CH2(g)的燃燒熱為1411.0kJ·mol-1，H2O(g)=H2O(l)

△H=－44.0kJ·mol-1，則a=______kJ·mol-1。

（2）上述生成乙烯的反應(yīng)中，溫度對CO2的平衡轉(zhuǎn)化率及催化劑的催化效率影響如圖，下列有關(guān)說法不正確的是_______(填序號)

①溫度越高，催化劑的催化效率越高

②溫度低于250℃時，隨著溫度升高，乙烯的產(chǎn)率增大

③M點(diǎn)平衡常數(shù)比N點(diǎn)平衡常數(shù)大

④N點(diǎn)正反應(yīng)速率一定大于M點(diǎn)正反應(yīng)速率

⑤增大壓強(qiáng)可提高乙烯的體積分?jǐn)?shù)

（3）2012年科學(xué)家根據(jù)光合作用原理研制出“人造樹葉”。右圖是“人造樹葉”的電化學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)裝置圖，該裝置能將H2O和CO2轉(zhuǎn)化為O2和有機(jī)物C3H8O。

陰極的電極反應(yīng)式為：：_________________________

II．為減輕大氣污染，可在汽車尾氣排放處加裝催化轉(zhuǎn)化裝置，反應(yīng)方程式為：

2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。

（4）上述反應(yīng)使用等質(zhì)量的某種催化劑時，溫度和催化劑的比表面積對化學(xué)反應(yīng)速率的影響對比實(shí)驗(yàn)如下表，c(NO)濃度隨時間(t)變化曲線如下圖：

①表中a=___________。

②實(shí)驗(yàn)說明，該反應(yīng)是__________反應(yīng)(填“放熱”或“吸熱”)。

③若在500℃時，投料=1，NO的轉(zhuǎn)化率為80％，則此溫度時的平衡常數(shù)K=_____。

（5）使用電化學(xué)法也可處理NO的污染，裝置如右圖。已知電解池陰極室中溶液的pH在4～7之間，寫出陰極的電極反應(yīng)式：__________。吸收池中除去NO的離子方程式為：__________________。

Answer 1

【答案】（1）－127.8

（2）①②④）

（3）3CO2＋18H＋＋18e－＝C3H8O＋5H2O

（4）①1.20×10－3②放熱（只寫“放”不給分）③主要有三種情況，書寫正確的均給2分。

第一種情況：設(shè)c(NO)=1mol·L－1，則K＝160

第二種情況：設(shè)c(NO)=a mol·L－1，則K＝

第三種情況：設(shè)n(NO)=a mol，容器的容積為VL，，則K＝

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

【解析】

試題分析：

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

②H2O (g)=H2O（1） △H==-571.6 kJ/mol，

因?yàn)镠2和CH2=CH2的燃燒熱分別為285.8kJ/mol和1411kJ/mol，即

③2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H=- 44 kJ/mol，

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

根據(jù)蓋斯定律：③×3-④-②×4=①，則a=3×（-571.6 kJ/mol）-（-1411 kJ/mol）-4×（- 44 kJ/mol） =-127.8kJ/mol，故答案為：-127.8；

（2）該反應(yīng)為氣體系數(shù)減小的放熱反應(yīng)。①溫度太高，催化劑會失去催化活性，效率降低，錯誤；②溫度低于250℃時，隨溫度升高乙烯的產(chǎn)率減小，錯誤；③由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向移動，則平衡常數(shù)：KM＞KN，正確；④生成乙烯的速率既受溫度影響，也受催化劑影響，N點(diǎn)溫度高但催化劑催化效率低，M點(diǎn)溫度低但催化劑催化效率高，所以M點(diǎn)正反應(yīng)速率有可能大于N點(diǎn)正反應(yīng)速率，錯誤；⑤增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，可提高乙烯的體積分?jǐn)?shù)，正確。故答案為：①②④；

（3）該裝置能將H2O和CO2轉(zhuǎn)化為O2和有機(jī)物C3H8O，根據(jù)化合價可知，CO2轉(zhuǎn)化為C3H8O化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)圖示可知與電源負(fù)極連接的電極為陰極，電極的反應(yīng)式為：3CO2+ 18H＋+18e－= C3H8O+5H2O；

（4）①因研究的是溫度和催化劑的比表面積對化學(xué)反應(yīng)速率的影響。根據(jù)控制變量法可知，NO的初始濃度應(yīng)該一樣，即a=1.20×10－3，b=82；

②根據(jù)曲線Ⅰ和Ⅲ可知，溫度越高，NO的平衡濃度越大，反應(yīng)逆向移動，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

③根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式可知：K= ，投料=1，NO的轉(zhuǎn)化率為80％，

設(shè)c(NO)=1mol·L－1，則轉(zhuǎn)化了的NO為0.8mol·L－1，平衡體系中NO、CO、CO2、N2濃度分別為0.2mol·L－1、0.2mol·L－1、0.8mol·L－1、0.4mol·L－1，代入表達(dá)式可得K＝160；

同理可設(shè)c(NO)=a mol·L－1，則K＝；

也可設(shè)n(NO)=a mol，容器的容積為VL，則K＝；

（5）由題給裝置圖知電解池的陰極區(qū)HSO3-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成S2O42-，電解質(zhì)溶液呈酸性，陰極的電極反應(yīng)式：2HSO3-+2e－+2H＋==S2O42-+2H2O。吸收池中NO與S2O42-反應(yīng)生成氮?dú)夂虷SO3-，離子方程式為：2NO+2S2O42-+2H2O==N2+ 4HSO3-。