低碳經濟成為人們一種新的生活理念,二氧化碳的捕捉和利用是能源領域的一個重要研究方向。請你結合下列有關圖示和所學...
問題詳情:
低碳經濟成為人們一種新的生活理念,二氧化碳的捕捉和利用是能源領域的一個重要研究方向。請你結合下列有關圖示和所學知識回答:
Ⅰ.用CO2催化加*可以製取乙烯:CO2(g)+3H2(g)C2H4(g)+2H2O(g)。
(1)若該反應體系的能量隨反應過程變化的關係如圖所示,則該反應的ΔH=______________(用含a、b的式子表示);又知:相關化學鍵的鍵能如下表所示,實驗測得上述反應的ΔH=-152 kJ·mol-1,則表中的x=________。
化學鍵 | C===O | H—H | C===C | C—H | H—O |
鍵能/kJ·mol-1 | 803 | 436 | x | 414 | 464 |
(2)以稀硫*為電解質溶液,利用太陽能電池將CO2轉化為乙烯的工作原理如圖所示。則M極上的電極反應式為______________________________。
Ⅱ.用CO2催化加*還可以製取二*醚:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH=-122.5 kJ·mol-1,某壓強下,合成二*醚的反應在不同温度、不同投料比時,CO2的平衡轉化率如圖所示。
(3)圖中TT2分別表示反應温度,判斷TT2大小關係的依據是________________________________________________________;圖中A、B、C三點對應的平衡常數分別為KA、KB、KC,其三者大小的關係是______________。
(4)T1温度下,將6 mol CO2和12 mol H2充入2 L的密閉容器中,經過5 min反應達到平衡,則0~5 min內的平均反應速率v(H2)=____________,平衡常數K=______________(列出計算式即可)。
【回答】
* (1)-(b-a) kJ·mol-1 764 kJ·mol-1
(2)2CO2+12e-+12H+===C2H4+4H2O
(3)該反應的正反應為放熱反應,升高温度平衡向逆反應方向移動,CO2的轉化率減小,根據圖像知在投料比相同時,T1平衡時CO2的轉化率大於T2,則T1<T2 KA=KC>KB
(4)1.08 mol·L-1·min-1
解析 (1)由圖知CO2(g)+3H2(g)具有的總能量大於C2H4(g)+2H2O(g)具有的總能量,該反應為放熱反應,反應的ΔH=生成物具有的總能量-反應物具有的總能量=-(b-a) kJ·mol-1;反應熱ΔH=反應物的鍵能總和-生成物的鍵能總和=2E(C===O)+3E(H—H)-=2×803 kJ·mol-1+3×436 kJ·mol-1-=-152 kJ·mol-1,解得x=764 kJ·mol-1。
(2)根據圖示,在M電極上CO2發生得電子的還原反應生成C2H4,M電極為*極,電極反應式為2CO2+12e-+12H+===C2H4+4H2O。
(3)該反應的正反應為放熱反應,升高温度平衡向逆反應方向移動,CO2的轉化率減小,根據圖像知在投料比相同時,T1平衡時CO2的轉化率大於T2,則T1<T2;由圖可知,A、C温度相同,化學平衡常數相同,B點温度高於A、C,KA、KB、KC三者大小的關係是KA=KC>KB。
(4)由圖可知,將6 mol CO2和12 mol H2充入2 L的密閉容器中,經過5 min反應達到平衡時,CO2的平衡轉化率為60%,由題給數據建立如下三段式:
2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)
起(mol·L-1) 3 6 0 0
變(mol·L-1) 1.8 5.4 0.9 2.7
平(mol·L-1) 1.2 0.6 0.9 2.7
則0~5 min內的平均反應速率v(H2)===1.08 mol·L-1·min-1;化學平衡常數K==。
知識點:電化學 膠體
題型:綜合題