Question

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KOH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1mol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：

①一定温度下，向恒容密闭容器中充入2mol乙苯和2molCO₂，起始压强为p₀，平衡时容器内气体总物质的量为5mol，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]

②乙苯平衡转化率与p(CO₂)的关系如图所示，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 CO2+2e−+H2O=HCOO−+OH− 5.6 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)△H=反应物键能总和-生成物键能总和；提高CO平衡转化率，要使平衡正向移动，结合勒夏特列原理分析；

(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-)，C元素化合价从+4降至+2价，一个CO2转化为一个HCOO-得到2个电子，结合电荷、原子守恒书写电极方程式；阳极电解生成氧气，结合电极方程式4OH--4e-=O2↑+2H2O计算；

(3)①根据题中数据，压强之比等于物质的量之比，列化学平衡三段式计算；

②随着CO2压强增大，CO2浓度增大，平衡正向移动，CO2压强继续增大，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

(1)△H=反应物键能总和-生成物键能总和=463 kJ•mol-1×2+1075 kJ•mol-1-803 kJ•mol-1×2-436 kJ•mol-1=-41 kJ•mol-1；

a．该反应是气体体积不变的反应，增大压强，平衡不移动，故a错误；

b．该反应是放热反应，降低温度，平衡正向移动，有利于提高CO平衡转化率，故b正确；

c．提高原料气中H2O的比例，增大反应物浓度，平衡正向移动，有利于提高CO平衡转化率，故c正确；

d．使用高效催化剂，加快反应速率，但不改变平衡状态，故d错误，

故答案为：-41；bc；

(2)CO2化合价从+4转化为HCOO-的+2价，得到2个电子，电极反应式为CO2+2e−+H2O=HCOO−+OH−；阳极电解生成氧气，电极方程式4OH--4e-=O2↑+2H2O，电解过程中转移1 mol电子，生成氧气的物质的量为0.25mol，生成氧气的体积(标准状况)为0.25mol×22.4L/mol=5.6 L，故答案为：CO2+2e−+H2O=HCOO−+OH−；5.6；

(3)①设乙苯反应了x mol。

平衡时容器内气体总物质的量为2-x+2-x+3x=5 mol，解得x=1，

乙苯的转化率为；平衡后总压强为，各气体的体积分数为，即各物质的分压为×1.25 p0，化学平衡常数，故答案为：50%；0.25p0；

②一定范围内，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，故答案为：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。