Question

【題目】中國政府承諾，到2020年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%。減少CO2排放是一項重要課題。

（1）以CO2為原料制取碳(C)的太陽能工藝如圖所示。

①過程1中每生成1molFeO轉(zhuǎn)移電子數(shù)為_______________。

②過程2中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________________。

（2）碳酸二甲酯（CH3OCOOCH3，簡稱DMC）是一種應(yīng)用前景廣泛的新材料，用甲醇、CO、CO2在常壓、70～120℃和催化劑條件下合成DMC。

已知：①CO的燃燒熱為△H =﹣283.0 kJ·mol－1

②H2O(l)= H2O(g) △H ＝ + 44.0 kJ·mol－1

③2CH3OH(g)+CO2(g)CH3OCOOCH3 (g)+ H2O(g) △H ＝﹣15.5 kJ·mol－1

則2CH3OH(g)+CO(g)+1/2O2(g)CH3OCOOCH3 (g)+ H2O(l) △H ＝_______________。

（3）在密閉容器中按n(CH3OH):n(CO2)=2:1投料直接合成DMC，一定條件下，平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率如圖所示，則：

①v(A)、v(B)、v(C)由快到慢的順序為____________________；

②K(A)、K(B)、K(C)由大到小的順序為___________________；

③下列能說明在此條件下反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是__________。

A．2v正(CH3OH)= v逆(CO2) B．CH3OH與CO2的物質(zhì)的量之比保持不變

C．容器內(nèi)氣體的密度保持不變 D．各組分的物質(zhì)的量分數(shù)保持不變

（4）CO2經(jīng)催化加氫可以生成低碳烴，主要有以下兩個競爭反應(yīng)：

反應(yīng)Ⅰ：CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)

反應(yīng)II：2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g)

為分析催化劑對反應(yīng)的選擇性，在1 L密閉容器中充入1 molCO2和2 mol H2，測得有關(guān)物質(zhì)的物質(zhì)的量隨溫度變化如圖所示。

①該催化劑在較低溫度時主要選擇________（填“反應(yīng)Ⅰ”或“反應(yīng)II”）。520℃時，反應(yīng)II的平衡常數(shù)K=___________（只列算式不計算）。

②用惰性電極電解強酸性的二氧化碳水溶液可得到乙烯，其原理如圖所示。b電極上的電極反應(yīng)式為______。

Answer 1

【答案】 2/3NA 6FeO+CO2C+2Fe3O4 ﹣342.5 kJ·mol-1 v(C)＞v(B)＞v(A) K(A)=K(B)＞K(C) D 反應(yīng)Ⅰ 2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O

【解析】（1）①反應(yīng)2Fe3O46FeO+O2↑中O元素化合價由-2價升高到0價，由方程式可知，2molFe3O4參加反應(yīng)，生成1mol氧氣，轉(zhuǎn)移4mol電子，則每生成1molFeO轉(zhuǎn)移電子為數(shù)為2/3NA；正確答案：2/3NA。

②由示意圖可知，過程2中CO2和FeO反應(yīng)生成Fe3O4和C，反應(yīng)的方程式為6FeO+CO22Fe3O4+C；正確答案：6FeO+CO22Fe3O4+C。

（2）根據(jù)CO的燃燒熱有①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) △H1＝283.0kJmol1，②H2O（l）=H2O(g) △H2＝+44kJmol1，③2CH3OH（g）＋CO2（g）CH3OCOOCH3（g）＋H2O（g）△H3＝15.5kJmol1，根據(jù)蓋斯定律，所要求的方程式為上述三個方程式①+③-②即可得到，則△H=△H1-△H2+△H3=-342.5 kJmol1；正確答案：﹣342.5 kJ·mol-1 。

（3）①根據(jù)圖像可知，溫度越高速率越快，C點對應(yīng)溫度最高，所以v(C)最快；通過反應(yīng)2CH3OH(g)+CO2(g) CH3OCOOCH3(g)+ H2O(g)可知，該反應(yīng)是一個體積減小的可逆反應(yīng)，在同一溫度下，反應(yīng)由A→B，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，增大壓強，平衡右移，因此P1<P2, B點對應(yīng)的壓強大，反應(yīng)速率比A點快，因此v(A)、v(B)、v(C)由快到慢的順序為v(C)＞v(B)＞v(A)；正確答案：v(C)＞v(B)＞v(A)。

②K只是溫度的函數(shù)，C點對應(yīng)溫度最高，A、B兩點對應(yīng)溫度相同，且低于C點；由圖可知溫度升高，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率減小，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，K減小；所以K(A)、K(B)、K(C)由大到小的順序為K(A)=K(B)＞K(C) ；正確答案：K(A)=K(B)＞K(C)。

③甲醇與二氧化碳反應(yīng)如下：2CH3OH(g)+CO2(g) CH3OCOOCH3(g)+ H2O(g)；根據(jù)速率之比和系數(shù)成正比規(guī)律，因此滿足v正(CH3OH)=2v逆(CO2)，反應(yīng)才能達到平衡狀態(tài)，A錯誤；CH3OH與CO2均為反應(yīng)物，二者反應(yīng)均按系數(shù)比進行，因此CH3OH與CO2的物質(zhì)的量之比保持不變不能確定反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，B錯誤；反應(yīng)前后氣體的總質(zhì)量不變，容器的體積不變，混合氣體的密度恒為定值，不能判斷反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，C錯誤；各組分的物質(zhì)的量分數(shù)保持不變，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，D正確；正確答案：D。

（4）①從圖像可知，該催化劑在較低溫度時，甲烷含量高，因此選擇反應(yīng)Ⅰ；根據(jù)圖像可知：520℃時，生成乙烯的量為0.2mol,密閉容器體積為1 L，根據(jù)反應(yīng)方程式進行計算如下：

2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g)

起始量 1 2 0 0

變化量 0.4 1.2 0.2 0.8

平衡量 0.6 0.8 0.2 0.8

反應(yīng)II的平衡常數(shù)K= (0.2/1) ×(0.8/1)4/(0.8/1)6×(0.6/1)2= ；正確答案：反應(yīng)Ⅰ；。

②根據(jù)圖示可知，b為電解池的陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，二氧化碳被還原為乙烯，b電極上的電極反應(yīng)式為：2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O；正確答案：2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O。