Question

【題目】2019年12月4日“全球碳計劃”發布報告說，全球CO2排放量增速趨緩。人們還需要更有力的政策來逐步淘汰化石燃料的使用。CO2的綜合利用是解決溫室問題的有效途徑。

(1)一種途徑是用CO2轉化為成為有機物實現碳循環。如：

C2H4(g)+H2O(l)C2H5OH(l) ΔH＝-44.2kJ·mol-1；

2CO2(g)+2H2O(l)C2H4(g)+3O2(g) ΔH＝+1411.0kJ·mol-1。

已知2CO2(g)+3H2O(l)C2H5OH(l)+3O2(g)，其正反應的活化能為Ea kJ·mol1，則逆反應的活化能為__kJ·mol-1。乙烯與HCl加成生成的氯乙烷在堿性條件下水解也得到乙醇，其水解反應的離子方程式為__，v=kcm(CH3CH2Cl)cn(OH-)為速率方程，研究表明，CH3CH2Cl濃度減半，反應速率減半，而OH-濃度減半對反應速率沒有影響，則反應速率方程式為__。

(2)利用工業廢氣中的CO2可以制取甲醇和水蒸氣，一定條件下，往2L恒容密閉容器中充入1mol CO2和3mol H2，在三種不同催化劑作用下發生反應，相同時間內CO2的轉化率隨溫度變化曲線如圖所示：

①催化劑效果最佳的反應是__(填“曲線I”，“曲線II”，“曲線III”)。

②b點，υ(正)__υ(逆)(填“>”，“<”，“=”)。

③若此反應在a點時已達平衡狀態，a點的轉化率比c點高的原因是__。

④c點時該反應的平衡常數K＝__。

(3)中國科學家首次用CO2高效合成乙酸，其反應路徑如圖所示：

①根據圖示，寫出總反應的化學方程式：__。

②原料中的CH3OH可通過電解法由CO2制取，用稀硫酸作電解質溶液，寫出生成CH3OH的電極反應式__。

Answer 1

【答案】Ea-1366.8 CH3CH2Cl(aq)+OH-(aq)→C2H5OH(aq)+Cl-(aq) v=kc(CH3CH2Cl) 曲線I ＞ 該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動 CH3OH+CO2+H2CH3COOH+H2O CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O

【解析】

(1)應用蓋斯定律，計算出2CO2(g)+3H2O(l)C2H5OH(l)+3O2(g)的ΔH，并按照ΔH=正反應的活化能-逆反應的活化能，計算逆反應的活化能，氯乙烷在堿性條件下水解得到乙醇和氯化鈉，據此寫反應的離子方程式，按反應物濃度對速率的影響數據，寫反應速率方程式即可；

(2)一定條件下，往2L恒容密閉容器中充入1mol CO2和3mol H2后反應得到甲醇和水蒸氣，反應方程式為CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，按照CO2的轉化率隨溫度變化關系圖分析、計算回答即可；

(3)①根據圖示，找出總的反應物、催化劑和產物，據此寫總反應的化學方程式；

②原料中的CH3OH可通過電解法由CO2制取，二氧化碳在陰極反應，故是二氧化碳得電子被還原的反應，據此寫生成CH3OH的電極反應式。

(1)反應①C2H4(g)+H2O(l)C2H5OH(l) ΔH1=-44.2kJ·mol-1

反應②2CO2(g)+2H2O(l)C2H4(g)+3O2(g) ΔH2=+1411.0kJ·mol-1

應用蓋斯定律，反應①+反應②得到：2CO2(g)+3H2O(l)C2H5OH(l)+3O2(g)，則該反應的ΔH= ΔH1+ΔH2，故ΔH=-44.2kJ·mol-1+(+1411.0kJ·mol-1)= +1366.8kJ·mol-1，因為ΔH=正反應的活化能-逆反應的活化能，正反應的活化能為Ea kJ·mol-1，則逆反應的活化能為(Ea-1366.8)kJ·mol-1；

氯乙烷在堿性條件下水解得到乙醇和氯化鈉，則反應的離子方程式為CH3CH2Cl(aq)+OH-(aq)→C2H5OH(aq)+Cl-(aq)；該反應的速率方程為v=kcm(CH3CH2Cl)cn(OH-)，研究表明，CH3CH2Cl濃度減半，反應速率減半，則可知m=1，而OH-濃度減半對反應速率沒有影響，則n=0，故反應速率方程式為v=kc(CH3CH2Cl)；

(2)一定條件下，密閉容器中發生的反應為CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，

①相同溫度下相同時間內CO2轉化率最高的是曲線Ⅰ，故最佳催化劑為曲線I ；

②在同一溫度下，曲線I的催化效率最好，則在b點的溫度下，曲線I的速率也是最快的，說明b點并未達到平衡，且CO2的轉化率將繼續增大，即平衡仍將正向移動，則v(正 )＞v(逆)；

③若此反應在a點時已達平衡狀態，則繼續升溫就會使平衡移動，故a 點的轉化率比c點高的原因為該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動；

④該條件下，一開始往2L恒容密閉容器中充入1mol CO2和3mol H2，由圖知，c點時二氧化碳轉化了，則 列“三段式”：

平衡時2L容器內CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度依次為mol/L、mol/L、mol/L、mol/L ，則該反應的平衡常數K==；

(3)①通過電解法由CO2制取CH3OH，碳元素化合價降低，故是二氧化碳得電子被還原的反應，故二氧化碳在陰極反應，則生成CH3OH的電極反應式為CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O；

②根據圖示，CH3OH、CO2和H2在LiI、Rh+催化作用下生產CH3COOH和H2O，總反應的化學方程式為CH3OH+CO2+H2CH3COOH+H2O。