Question

【題目】CO2和CO可作為工業(yè)合成甲醇（CH3OH）的直接碳源，還可利用CO2據(jù)電化學(xué)原理制備塑料，既減少工業(yè)生產(chǎn)對乙烯的依賴，又達(dá)到減少CO2排放的目的。

（1）利用CO2和H2反應(yīng)合成甲醇的原理為：CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）。

上述反應(yīng)常用CuO和ZnO的混合物作催化劑。相同的溫度和時間段內(nèi)，催化劑中CuO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對CO2的轉(zhuǎn)化率和CH3OH的產(chǎn)率影響的實驗數(shù)據(jù)如下表所示：

ω（CuO）／％	10	20	30	4b	50	60	70	80	90
CH3OH的產(chǎn)率	25％	30％	35％	45％	50％	65％	55％	53％	50％
CO2的轉(zhuǎn)化率	10％	13％	15％	20％	35％	45％	40％	35％	30％

由表可知，CuO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為________催化效果最佳。

（2）利用CO和H2在一定條件下可合成甲醇，發(fā)生如下反應(yīng)：CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g），其兩種反應(yīng)過程中能量的變化曲線如下圖a、b所示，下列說法正確的是（______）

A．上述反應(yīng)的ΔH＝－91kJ·mol－1

B．a(chǎn)反應(yīng)正反應(yīng)的活化能為510kJ·mol－1

C．b過程中第Ⅰ階段為吸熱反應(yīng)，第Ⅱ階段為放熱反應(yīng)

D．b過程使用催化劑后降低了反應(yīng)的活化能和ΔH

E．b過程的反應(yīng)速率：第Ⅱ階段＞第Ⅰ階段

（3）①在1L的恒定密閉容器中按物質(zhì)的量之比1︰2充入CO和H2，測得平衡混合物中CH3OH的體積分?jǐn)?shù)在不同壓強(qiáng)下隨溫度的變化情況如圖1所示，則壓強(qiáng)P2________P1（填“＞”、“＜”或“＝”）；平衡由A點移至C點、D點移至B點，分別可采取的具體措施為________、________；在c點時，CO的轉(zhuǎn)化率為________。

②甲和乙兩個恒容密閉容器的體積相同，向甲中加入1molCO和2molH2，向乙中加入2molCO和4molH2，測得不同溫度下CO的平衡轉(zhuǎn)化率如圖2所示，則L、M兩點容器內(nèi)壓強(qiáng)：P（M）________2P（L）；平衡常數(shù)：K（M）________K（L）。（填“＞”、“＜”或“＝”）

（4）以納米二氧化鈦膜為工作電極，稀硫酸為電解質(zhì)溶液，在一定條件下通入CO2進(jìn)行電解，在陰極可制得低密度聚乙烯（簡稱LDPE）。

①電解時，陰極的電極反應(yīng)式是________。

②工業(yè)上生產(chǎn)1.4×102kg的LDPE，理論上需要標(biāo)準(zhǔn)狀況下________L的CO2。

Answer 1

【答案】60％ ACE ①＜ 保持壓強(qiáng)為p2，將溫度由250℃升高到300℃ 保持溫度為300℃，將壓強(qiáng)由p3增大到p1 75％ ＞ < ①2n CO2 + 12nH+ + 12n e— == + 4n H2O ②2.24×105

【解析】

根據(jù)反應(yīng)前后的能量變化分析反應(yīng)是吸熱還是放熱；根據(jù)勒夏特列原理分析平衡的移動及計算轉(zhuǎn)化率；根據(jù)電解原理書寫電極反應(yīng)及進(jìn)行相關(guān)計算。

（1）由表可知，CuO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％催化效果最佳，故答案為：50％；

（2）A．由圖所示：ΔH=419kJ·mol－1-510kJ·mol－1=-91kJ·mol－1，故A正確；

B．由圖所示：a反應(yīng)正反應(yīng)的活化能為419kJ·mol－1，故B錯誤；

C．由圖所示：第Ⅰ階段反應(yīng)之后的產(chǎn)物能量高于起始產(chǎn)物的能量，所以第Ⅰ階為吸熱反應(yīng)，同時第Ⅰ階段反應(yīng)之后的產(chǎn)物能量高于最終產(chǎn)物的能量，所以第Ⅱ階段為放熱反應(yīng)，故C正確；

D．b過程使用催化劑后降低了反應(yīng)的活化能，但ΔH不變，故D錯誤；

E．由圖所示，b過程第Ⅱ階段的活化能小于第Ⅰ階段，所以反應(yīng)速率：第Ⅱ階段＞第Ⅰ階段，故E正確；

故答案為：ACE；

（3）①根據(jù)勒夏特列原理，壓強(qiáng)增大平衡正方向移動，由圖所示，300度時，C點的轉(zhuǎn)化率小于B點，故P2＜P1；平衡由A點移至C點是恒壓的條件下是使平衡逆向移動，措施為保持壓強(qiáng)為p2，將溫度由250℃升高到300℃；D點移至B點是溫度不變平衡正向移動，可采取的具體措施為保持溫度為300℃，將壓強(qiáng)由p3增大到p1；在c點時，甲醇的體積分?jǐn)?shù)為50%，設(shè)甲醇的物質(zhì)的量為n，則反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量為n，剩余CO的物質(zhì)的量為1/3n，則CO的轉(zhuǎn)化率為×100%= 75％；

故答案為：＜；保持壓強(qiáng)為p2，將溫度由250℃升高到300℃；保持溫度為300℃，將壓強(qiáng)由p3增大到p1；75％；

②M和L點，CO的準(zhǔn)化率相同，因為體積相同，且乙中氣體是甲中氣體的2倍，則相同溫度時，P（M）=2P（L），M點的溫度高，所以P（M）>2P（L）；平衡常數(shù)只和溫度有關(guān)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高反應(yīng)進(jìn)行的限度越小，平衡常數(shù)越小，所以K（M）<K（L）；

故答案為：>；<；

（4）①電解時，陰極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式是2nCO2 + 12nH+ + 12n e— = + 4n H2O；

②n(CO2)==1×104，V(CO2)=22.4×104=2.24×105；

故答案為：2n CO2 + 12nH+ + 12n e— = + 4n H2O；2.24×105。