Question

（15分）含碳物质的价值型转化，有利于“减碳”和可持续性发展，有着重要的研究价值。请回答下列问题：

（1）已知CO分子中化学键为C≡O。相关的化学键键能数据如下：

化学键	H—O	C≡O	C=O	H—H
E/(kJ·mol^−1)	463	1075	803	436

CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)  ΔH=___________kJ·mol⁻¹。下列有利于提高CO平衡转化率的措施有_______________（填标号）。

a．增大压强                      b．降低温度

c．提高原料气中H₂O的比例          d．使用高效催化剂

（2）用惰性电极电解KHCO₃溶液，可将空气中的CO₂转化为甲酸根(HCOO⁻)，然后进一步可以制得重要有机化工原料甲酸。CO₂发生反应的电极反应式为________________，若电解过程中转移1 mol电子，阳极生成气体的体积（标准状况）为_________L。

（3）乙苯催化脱氢制取苯乙烯的反应为：(g)＋CO₂(g)(g)＋CO(g)＋H₂O(g)，其反应历程如下：

①由原料到状态Ⅰ____________能量（填“放出”或“吸收”）。

②一定温度下，向恒容密闭容器中充入2 mol乙苯和2 mol CO₂，起始压强为p₀，平衡时容器内气体总物质的量为5 mol，乙苯的转化率为_______，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数K_p=_______。[气体分压(p_分)=气体总压(p_总)×气体体积分数]

③乙苯平衡转化率与p(CO₂)的关系如下图所示，请解释乙苯平衡转化率随着p(CO₂)变化而变化的原因________________________________________________。

Answer

−41 bc 2CO2＋2e−＋H2O===HCOO−＋或CO2＋2e−＋H2O===HCOO−＋OH−（合理即可） 5.6 吸收 50% 0.25p0 随着CO2压强增大，CO2浓度增大，乙苯平衡转化率增大；CO2压强继续增大，会造成催化剂表面乙苯的吸附率下降

【解析】

（1）ΔH=463 kJ·mol−1×2＋1075 kJ·mol−1−803 kJ·mol−1×2−436 kJ·mol−1=−41 kJ·mol−1。

（2）CO2转化为HCOO−得到2个电子，用OH−平衡电荷，电极反应式为CO2＋2e−＋H2O===HCOO−＋OH−或2CO2＋2e−＋H2O===HCOO−＋；阳极电解生成氧气，电解过程中转移1 mol电子，生成氧气的体积（标准状况）为5.6 L。

（3）①由原料到状态Ⅰ发生化学键的断裂，需要吸收能量。

②设乙苯反应了x mol。

(g)＋CO2(g)(g)＋CO(g)＋H2O(g)

n0/mol 2 2 0 0 0

Δn0/mol x x x x x

[n]/mol 2−x 2−x x x x

解得：4＋x=5

x=1

乙苯的转化率为×100%=50%

平衡后压强为×p0=1.25 p0，Kp==0.25 p0

③一定范围内，p(CO2)越大，说明在原料中CO2的配比越高，则乙苯平衡转化率越高；二者首先吸附在催化剂表面上，当CO2在催化剂表面吸附率过高时，会造成乙苯在催化剂表面的吸附率下降，使乙苯平衡转化率随着p(CO2)增大反而减小。