Question

【題目】CO2是目前大氣中含量最高的一種溫室氣體，中國政府承諾，到2020年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%．CO2的綜合利用是解決溫室問題的有效途徑。

（1）研究表明CO2和H2在催化劑存在下可發生反應生成CH3OH．己知部分反應的熱化學方程式如下：

CH3OH(g)+O2(g)= CO2(g)+2H2O(l)△H1= akJmol-1

H2(g)+O2(g)= H2O(l)△H2= bkJmol-1

H2O(g)= H2O(l)△H3= ckJmol-1

則CO2(g)+ 3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g)△H = ______kJmol-1

（2）為研究CO2與CO之間的轉化，讓一定量的CO2與足量碳在體積可變的密閉容器中反應：C(s)+CO2(g)2CO(g)△H，反應達平衡后，測得壓強、溫度對CO的體積分數（φ（CO）%）的影響如圖1所示。

回答下列問題：

①壓強p1、p2、p3的由大到小關系是______；Ka、Kb、Kc為a、b、c三點對應的平衡常數，則其大小關系是______。

②900℃、1.0MPa時，足量碳與amolCO2反應達平衡后，CO2的轉化率為______（保留三位有效數字），該反應的平衡常數Kp=______（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數）。

（3）以鉛蓄電池為電源可將CO2轉化為乙烯，其原理如圖3所示，電解所用電極材料均為惰性電極。陰極上的電極反應式為______；每生成3.36L(標準狀況)乙烯，理論上需消耗鉛蓄電池中______mol硫酸。

Answer 1

【答案】 P3>P2>P1 1.8

【解析】

(1).利用蓋斯定律進行計算解答；

(2).①根據反應C(s)+CO2(g)2CO(g)，是氣體分子數增多的反應，隨著反應進行，體系壓強增大；化學平衡常數只隨溫度的改變而改變；

②900℃、1.0MPa時，圖像中平衡時CO的體積分數為80%，計算CO2轉化的量，轉化率=，將各組分的平衡濃度代入平衡常數表達式計算化學平衡常數；

（3）根據圖知，右側電極上OH-放電生成O2，則右側電極為陽極，左側電極為陰極，連接電解池陰極的電極為原電池負極、連接電解池陽極的電極為原電池正極；電解過程中陽極反應式為2H2O-4e-=O2↑+4H+，陽極附近有H+生成；陰極反應式為2CO2+12H++12e-═C2H4+4H2O，陰極上二氧化碳得電子和氫離子反應生成乙烯和水；鉛蓄電池反應式為Pb+PbO2+2H2SO4═2PbSO4+2H2O，串聯電路中轉移電子相等，據此計算消耗硫酸物質的量。

(1).已知①CH3OH(g)+O2(g)= CO2(g)+2H2O(l)△H1= akJmol-1

②H2(g)+O2(g)= H2O(l)△H2= bkJmol-1

③H2O(g)= H2O(l)△H3= ckJmol-1

根據蓋斯定律知，②×3①③得：CO2(g)+ 3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g)△H= 3bac kJ/mol；

(2).①反應C(s)+CO2(g)2CO(g)是氣體分子數增多的反應，隨著反應進行，體系壓強增大，減小壓強有助于化學平衡正向移動，表明低壓強對應著高的CO體積分數，則p1、p2、p3的大小關系是：p3>p2>p1；化學平衡常數只隨溫度的改變而改變，升高溫度，正反應方向為吸熱反應，正反應趨勢增大，化學平衡常數增大，則a、b、c三點對應的平衡常數大小關系是：Ka=Kb<Kc；

②900℃、1.0MPa時，設反應轉化的CO2的物質的量為x，列“三段式”：

則平衡時n(CO)=2x，n(CO2)=ax，根據圖像，平衡時CO的體積分數為80%，則×100%=80%，解得：x=a，

則CO2的轉化率為：×100%=66.7%，

Kp= = ；

（3）陰極上二氧化碳得電子和氫離子反應生成乙烯和水，電極反應式為， 鉛蓄電池反應式為：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4↓+2H2O，串聯電路中轉移電子相等，生成1mol乙烯轉移12mol電子，轉移2mol電子消耗2mol硫酸，V乙烯=3.36L，n===0.15mol，生成0.15mol乙烯轉移1.8mol電子，轉移1.8mol電子消耗1.8mol硫酸；