Question

【題目】含碳物質(zhì)的價(jià)值型轉(zhuǎn)化，有利于“減碳”和可持續(xù)性發(fā)展，有著重要的研究?jī)r(jià)值。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

(1)已知CO分子中化學(xué)鍵為C≡O(shè)。相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學(xué)鍵	H—O	C≡O(shè)	C=O	H—H
E/(kJ·mol1)	463	1075	803	436

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=__kJ·mol1。

下列有利于提高CO平衡轉(zhuǎn)化率的措施有__(填標(biāo)號(hào))。

a.增大壓強(qiáng) b.降低溫度 c.提高原料氣中H2O的比例 d.使用高效催化劑

(2)用惰性電極電解KOH溶液，可將空氣中的CO2轉(zhuǎn)化為甲酸根(HCOO)，然后進(jìn)一步可以制得重要有機(jī)化工原料甲酸。CO2發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為__，若電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移1mol電子，陽(yáng)極生成氣體的體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況)為__L。

(3)乙苯催化脫氫制取苯乙烯的反應(yīng)為：

(g)+CO2(g)(g)+CO(g)+H2O(g)，其反應(yīng)歷程如下：

①一定溫度下，向恒容密閉容器中充入2mol乙苯和2molCO2，起始?jí)簭?qiáng)為p0，平衡時(shí)容器內(nèi)氣體總物質(zhì)的量為5mol，乙苯的轉(zhuǎn)化率為__，用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學(xué)平衡常數(shù)Kp=__。[氣體分壓(p分)=氣體總壓(p總)×氣體體積分?jǐn)?shù)]

②乙苯平衡轉(zhuǎn)化率與p(CO2)的關(guān)系如圖所示，請(qǐng)解釋乙苯平衡轉(zhuǎn)化率隨著p(CO2)變化而變化的原因__。

Answer 1

【答案】41 bc CO2+2e+H2O=HCOO+OH 5.6 50% 0.25p0 隨著CO2壓強(qiáng)增大，CO2濃度增大，乙苯平衡轉(zhuǎn)化率增大；CO2壓強(qiáng)繼續(xù)增大，會(huì)造成催化劑表面乙苯的吸附率下降

【解析】

(1)△H=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和；提高CO平衡轉(zhuǎn)化率，要使平衡正向移動(dòng)，結(jié)合勒夏特列原理分析；

(2)用惰性電極電解KHCO3溶液，可將空氣中的CO2轉(zhuǎn)化為甲酸根(HCOO-)，C元素化合價(jià)從+4降至+2價(jià)，一個(gè)CO2轉(zhuǎn)化為一個(gè)HCOO-得到2個(gè)電子，結(jié)合電荷、原子守恒書(shū)寫(xiě)電極方程式；陽(yáng)極電解生成氧氣，結(jié)合電極方程式4OH--4e-=O2↑+2H2O計(jì)算；

(3)①根據(jù)題中數(shù)據(jù)，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，列化學(xué)平衡三段式計(jì)算；

②隨著CO2壓強(qiáng)增大，CO2濃度增大，平衡正向移動(dòng)，CO2壓強(qiáng)繼續(xù)增大，CO2在催化劑表面吸附率過(guò)高時(shí)，會(huì)造成乙苯在催化劑表面的吸附率下降

(1)△H=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和=463 kJmol-1×2+1075 kJmol-1-803 kJmol-1×2-436 kJmol-1=-41 kJmol-1；

a．該反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡不移動(dòng)，故a錯(cuò)誤；

b．該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡正向移動(dòng)，有利于提高CO平衡轉(zhuǎn)化率，故b正確；

c．提高原料氣中H2O的比例，增大反應(yīng)物濃度，平衡正向移動(dòng)，有利于提高CO平衡轉(zhuǎn)化率，故c正確；

d．使用高效催化劑，加快反應(yīng)速率，但不改變平衡狀態(tài)，故d錯(cuò)誤，

故答案為：-41；bc；

(2)CO2化合價(jià)從+4轉(zhuǎn)化為HCOO-的+2價(jià)，得到2個(gè)電子，電極反應(yīng)式為CO2+2e+H2O=HCOO+OH；陽(yáng)極電解生成氧氣，電極方程式4OH--4e-=O2↑+2H2O，電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移1 mol電子，生成氧氣的物質(zhì)的量為0.25mol，生成氧氣的體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況)為0.25mol×22.4L/mol=5.6 L，故答案為：CO2+2e+H2O=HCOO+OH；5.6；

(3)①設(shè)乙苯反應(yīng)了x mol。

平衡時(shí)容器內(nèi)氣體總物質(zhì)的量為2-x+2-x+3x=5 mol，解得x=1，

乙苯的轉(zhuǎn)化率為；平衡后總壓強(qiáng)為，各氣體的體積分?jǐn)?shù)為，即各物質(zhì)的分壓為×1.25 p0，化學(xué)平衡常數(shù)，故答案為：50%；0.25p0；

②一定范圍內(nèi)，p(CO2)越大，說(shuō)明在原料中CO2的配比越高，則乙苯平衡轉(zhuǎn)化率越高；二者首先吸附在催化劑表面上，當(dāng)CO2在催化劑表面吸附率過(guò)高時(shí)，會(huì)造成乙苯在催化劑表面的吸附率下降，使乙苯平衡轉(zhuǎn)化率隨著p(CO2)增大反而減小，故答案為：隨著CO2壓強(qiáng)增大，CO2濃度增大，乙苯平衡轉(zhuǎn)化率增大，CO2壓強(qiáng)繼續(xù)增大，會(huì)造成催化劑表面乙苯的吸附率下降。