Question

一定条件下，二氧化碳可合成低碳烯烃，缓解温室效应、充分利用碳资源。

（1）已知：①C₂H₄(g)+2O₂(g)=2CO₂(g)+2H₂(g)   ΔH₁

②2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(1)    ΔH₂

③H₂O(1)=H₂O(g)    ΔH₃

④2CO₂(g)+6H₂(g)C₂H₄(g)+4H₂O(g)    ΔH₄

则ΔH₄=___(用ΔH₁、ΔH₂、ΔH₃表示)。

（2）反应④的反应温度、投料比[=x]对CO₂平衡转化率的影响如图所示。

①a__3（填“>”、“<”或“=”）；M、N两点反应的平衡常数K_M__K_N（填填“>”、“<”或“=”）

②M点乙烯体积分数为__；（保留2位有效数字）

③300℃，往6L反应容器中加入3molH₂、1molCO₂，反应10min达到平衡。求0到10min氢气的平均反应速率为__；

（3）中科院兰州化学物理研究所用Fe₃(CO)₁₂/ZSM-5催化CO₂加氢合成低碳烯烃反应，所得产物含CH₄、C₃H₆、C₄H₈等副产物，反应过程如图。

催化剂中添加Na、K、Cu助剂后（助剂也起催化作用）可改变反应的选择性，在其他条件相同时，添加不同助剂，经过相同时间后测得CO₂转化率和各产物的物质的量分数如下表。

助剂	CO2转化率 （%）	各产物在所有产物中的占比（%）
C2H4	C3H6	其他
Na	42.5	35.9	39.6	24.5
K	27.2	75.6	22.8	1.6
Cu	9.8	80.7	12.5	6.8

①欲提高单位时间内乙烯的产量，在Fe₃(CO)₁₂/ZSM-5中添加__助剂效果最好；加入助剂能提高单位时间内乙烯产量的根本原因是__；

②下列说法正确的是__；

a．第ⅰ步所反应为：CO₂+H₂CO+H₂O

b．第ⅰ步反应的活化能低于第ⅱ步

c．催化剂助剂主要在低聚反应、异构化反应环节起作用

d．Fe₃(CO)₁₂/ZSM-5使CO₂加氢合成低碳烯烃的ΔH减小

e．添加不同助剂后，反应的平衡常数各不相同

（4）2018年，强碱性电催化还原CO₂制乙烯研究取得突破进展，原理如图所示。

①b极接的是太阳能电池的__极；

②已知PTFE浸泡了饱和KCl溶液，请写出阴极的电极反应式__。

Answer

2△H2+4△H3-△H1 > > 9.7%或 0.03mol·L-1·min-1 K 降低生成乙烯的反应所需要的活化能，加快乙烯生成速率，而对其他副反应几乎无影响 ac 正 2CO2+12e-+8H2O=C2H4+12OH-

【解析】

（1）利用盖斯定律计算；

（2）从图上看，投料比相同时，温度升高，二氧化碳转化率减小，说明温度升高，平衡逆向移动，逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，△H<0；投料比从3到a，二氧化碳的转化率增大，说明3到a投料比在增大；而平衡常数只和温度有关；平衡题中的计算用三行式解答；

（3）从表格来看，使用Na作助剂转化率最高，但乙烯含量最低，使用Cu作助剂依稀含量最高，但二氧化碳转化率最低，使用K作助剂二氧化碳转化率高且乙烯含量也高，单位时间内产出乙烯最多；加入助剂使反应具有选择性的原因是助剂降低了某个反应所需的活化能，相同条件下更容易发生某个反应所致；

（4）PTFE电极CO2变成C2H4，碳元素化合价从+4降低到-2，为阴极；

据以上分析作答。

（1）根据盖斯定律，方程式有如下关系：2×②-①+4×③=④，所以△H 4=2△H2+4△H3-△H1，故答案为：2△H2+4△H3-△H1；

（2）①相同温度下，投料比从3→a，二氧化碳转化率增大，说明投料比在增大，所以a>3，投料比相同时，升高温度，二氧化碳转化率减小，说明升高温度，平衡逆向移动，则K减小，而N点温度高于M点，所以KM>KN，故答案为：>；>；

②由图可知,M点投料比为3，二氧化碳转化率为0.6，设开始投入1mol二氧化碳，3mol氢气，则二氧化碳转化量为0.6，用三行式解法如下：

所以M点乙烯的体积分数=×100%=9.7%，故答案为：9.7%；

③同样用三行式来解如下：

可知，氢气在这10min消耗了1.8mol，所以浓度减小值==0.3mol·L-1，所以v(H2)==0.03mol·（L·min）-1，故答案为：0.03mol·L-1·min-1；

（3）①使用Na作助剂转化率最高，但乙烯含量最低，使用Cu作助剂依稀含量最高，但二氧化碳转化率最低，使用K作助剂二氧化碳转化率高且乙烯含量也高,单位时间内产出乙烯最多；加入助剂使生成乙烯具有选择性的原因是助剂降低了生成乙烯反应所需的活化能，相同条件下更容易生成乙烯，而其他副反应几乎无影响；故答案为：K；降低生成乙烯的反应所需要的活化能，加快乙烯生成速率，而对其他副反应几乎无影响；

②a．由条件可知第ⅰ步反应物为二氧化碳和氢气，生成物有CO，根据氧化还原反应可得方程式为CO2+H2CO+H2O，a正确；

b．第ⅰ步反应明显慢于第ⅱ步反应，故第ⅱ步反应更容易发生，第ⅱ步反应的活化能更低，b错误；

c．从图上看生成CH4、C3H6、C4H8等副产物主要在低聚反应、异构化反应环节，所以助剂主要在低聚反应、异构化反应环节起作用，c正确；

d．ΔH与反应途径无关，只和起始有关，d错误；

e．反应的平衡常数只和温度有关，温度不变，K不变，e错误；

故答案为：ac；

（4）①PTFE(a极)电极CO2变成C2H4，碳元素化合价从+4降低到-2，为阴极，则b极为阳极，与太阳能电池正极相连，故答案为：正；

②阴极的电极反应式为2CO2+12e-+8H2O=C2H4+12OH-，故答案为：2CO2+12e-+8H2O=C2H4+12OH-。