Question

7．一定條件下合成乙烯：6H₂（g）+2CO₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H₁
已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₂=-480kJ•mol^-1
CH₂=CH₂（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-1400kJ•mol^-1

（1）△H₁=-40kJ•mol^-1．請(qǐng)標(biāo)出該反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目．
（2）溫度對(duì)CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率和催化劑催化效率的影響如圖1，下列說(shuō)法正確的是AB．
A．生成乙烯的速率：v（M）有可能小于v（N）
B．平衡常數(shù)：K_M＞K_N
C．催化劑會(huì)影響CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率
（3）若投料比n（H₂）：n（CO₂）=3：1，則圖中M點(diǎn)時(shí)，乙烯的體積分?jǐn)?shù)為7.7%（保留兩位有效數(shù)字）．
（4）為提高CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，除改變溫度外，還可采取的措施有增大壓強(qiáng)，或提高氫氣和二氧化碳物質(zhì)的量的比值，或?qū)�產(chǎn)物乙烯氣體分離出來(lái)等．（任寫(xiě)一條）
（5）電解法可制取乙烯（圖2），電極a接電源的負(fù)極極，該電極反應(yīng)式為2CO₂+12H⁺+12e^-→CH₂=CH₂+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）已知：①6H₂（g）+2CO₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H₁
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₂=-480kJ•mol^-1
③CH₂=CH₂（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-1400kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律：②×3-③=①，則焓變△H₁=3△H₂-△H₃；
該反應(yīng)中氫元素化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)?1價(jià)，該反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)=12×（1-0）=12，用單線橋表示時(shí)，在反應(yīng)物中由化合價(jià)升高的元素指向化合價(jià)降低的元素，在線橋上注明轉(zhuǎn)移電子數(shù)目即可；
（2）A．生成乙烯的速率既受溫度影響，也受催化劑影響；
B．根據(jù)（1）中的計(jì)算可知，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)，若為放熱反應(yīng)，則升溫平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，反之增大；
C．催化劑不影響平衡移動(dòng)；
（3）若投料比n（H₂）：n（CO₂）=3：1，設(shè)H₂為3mol、CO₂為1mol，M點(diǎn)時(shí)CO₂的轉(zhuǎn)化率為50%，則轉(zhuǎn)化的二氧化碳為0.5mol，計(jì)算出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，乙烯的體積分?jǐn)?shù)=$\frac{乙烯物質(zhì)的量}{混合氣體總物質(zhì)的量}$×100%；
（4）為提高CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)改變條件使平衡正向移動(dòng)，除改變溫度外，還可采取的措施是增大壓強(qiáng)，或提高氫氣和二氧化碳物質(zhì)的量的比值，或?qū)�產(chǎn)物乙烯氣體分離出來(lái)等；
（5）由圖可知，a電極通入二氧化碳，生成乙烯，發(fā)生還原反應(yīng)，則a為陰極，二氧化碳獲得電子，與通過(guò)質(zhì)子交換膜的氫離子反應(yīng)生成乙烯與水．

解答 解：（1）①6H₂（g）+2CO₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H₁
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₂=-480kJ•mol^-1
③CH₂=CH₂（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-1400kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律：②×3-③=①，則△H₁=3△H₂-△H₃=-40 kJ•mol^-1；
該反應(yīng)中氫元素化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)?1價(jià)，該反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)=12×（1-0）=12，所以其轉(zhuǎn)移電子的方向和數(shù)目為；
故答案為：-40 kJ•mol^-1；；
（2）A．生成乙烯的速率既受溫度影響，也受催化劑影響，M點(diǎn)催化劑催化效率高但溫度低，盡管N點(diǎn)催化劑催化效率低但溫度高，所以v（M）有可能小于v（N），故A正確；
B．由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向移動(dòng)，則平衡常數(shù)：K_M＞K_N，故B正確；
C．催化劑可以縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，但不影響平衡移動(dòng)，所以不會(huì)影響CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，故C錯(cuò)誤，
故選：AB；
（3）若投料比n（H₂）：n（CO₂）=3：1，設(shè)H₂為3mol、CO₂為1mol，M點(diǎn)時(shí)CO₂的轉(zhuǎn)化率為50%，則轉(zhuǎn)化的二氧化碳為0.5mol，則：
            6H₂（g）+2CO₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）
起始（mol）：3        1              0          0
變化（mol）：1.5      0.5            0.25       1
平衡（mol）：1.5      0.5            0.25       1
乙烯的體積分?jǐn)?shù)=$\frac{0.25mol}{（1.5+0.5+0.25+1）mol}$×100%=7.7%，
故答案為：7.7%；
（4）為提高CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)改變條件使平衡正向移動(dòng)，除改變溫度外，還可采取的措施是增大壓強(qiáng)，或提高氫氣和二氧化碳物質(zhì)的量的比值，或?qū)�產(chǎn)物乙烯氣體分離出來(lái)等，
故答案為：增大壓強(qiáng)，或提高氫氣和二氧化碳物質(zhì)的量的比值，或?qū)�產(chǎn)物乙烯氣體分離出來(lái)等；
（5）由圖可知，a電極通入二氧化碳，生成乙烯，發(fā)生還原反應(yīng)，則a為陰極，連接電源的負(fù)極，二氧化碳獲得電子，與通過(guò)質(zhì)子交換膜的氫離子反應(yīng)生成乙烯與水，電極反應(yīng)式為：2CO₂+12H⁺+12e^-→CH₂=CH₂+4H₂O，
故答案為：負(fù)極；2CO₂+12H⁺+12e^-→CH₂=CH₂+4H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查反應(yīng)熱計(jì)算、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、電解原理等，綜合性強(qiáng)，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用的能力，難度中等．