Question

二氧化碳的捕集、利用与封存是我国能源领域的一个重要战略方向，发展成一项重要的新兴产业。

（1）已知：CH₄、CO、H₂的燃烧热分别为890KJ/mol、283KJ/mol、285.8KJ/mol，计算下列反应的反应热。CH₄(g)+2CO₂(g)=CO(g)+2H₂(g)  ΔH=_________kJ/mol

（2）二氧化碳催化加氢合成低碳烯烃，起始时以0.1MPa，n(H₂)：n(CO₂)=3：1的投料比充入反应器中，发生反应：2CO₂(g)+6H₂(g) C₂H₄(g)+4H₂O(g)△H。

①温度对CO₂的平衡转化率和催化效率的影响如图所示。

图中M点时，乙烯的体积分数为_________（保留2位有效数字）；为提高CO₂的平衡转化率，出改变温度外，还可采取的措施有__________、________。（任写两条）；

②不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量如图所示：

b曲线代表的物质是______ ；T₁温度下的平衡转化率为_______，相对于起始状态，平衡时气体的平均分子量增大的百分率为______（保留三维有效数字）。

（3）电解法制取乙烯如图所示。其中电极a接电源的_______极，该电解反应式________。

Answer

+247.6 7.7%（或0.077） 增大压强 或提高氢气和二氧化碳物质的量的比值，或将产物乙烯气体分离出来等 H2O(g) 50% 23.1% 负极 2CO2＋12H+＋12e‾＝CH2＝CH2＋4H2O

【解析】（1）根据CH4、H2、和CO的燃烧热分别写出燃烧的热化学方程式：

①O2（g）+2H2（g）=2H2O（l）△H1=-571.6kJ/mol；

②CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H2=-890kJ/mol；

③2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H3=-566kJ/mol；

利用盖斯定律将②-①-③可得：CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）；△H=△H2-△H1-△H3=+247.6 kJ/mol；

（2）①设H2的物质的量为3nmol，则CO2的物质的量为nmol，从图看出M点时CO2的转化率为50﹪，则有：

6H2（g）＋2CO2（g） CH2＝CH2（g）＋4H2O（g）

n（起始）/mol 3n n 0 0

n（变化）/mol 1.5n 0.5n 0.25n n

n（M点）/mol 1.5n 0.5n 0.25n n

乙烯的体积分数为：=0.077=7.7%；提高CO2的平衡转化率就是使平衡向正向移动，措施还有：增大压强、增大n(H2)：n(CO2)的比值、增加c(H2)、将产物乙烯气体分离出来等；②由图1可知，温度升高，二氧化碳的平衡转化率降低，则正反应为放热反应，图2表示的是不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量随温度的升高而变化，b曲线随温度的升高物质的量减少，则为生成物，且变化趋势大，应该是化学计量数大的H2O，即代表的物质是H2O；根据图中可知，起始时以氢气和二氧化碳投料，T1时n(H2)=6mol，n(H2O)=4mol，则开始投料时n(H2)=6mol+6mol=12mol，转化率为；

6H2（g）＋2CO2（g） CH2＝CH2（g）＋4H2O（g）

n（起始）/mol 12 4 0 0

n（变化）/mol 6 2 1 4

n（T1点）/mol 6 2 1 4

平衡时气体的平均分子量与气体的物质的量成反比，则增大的百分率为；（3）根据图中信息可知，电极a处二氧化碳得电子产生乙烯，做为阴极，接电源的负极，该电解反应式为：2CO2＋12H+＋12e‾＝CH2＝CH2＋4H2O。