Question

【題目】含碳物質的價值型轉化，有利于“減碳”和可持續性發展，有著重要的研究價值。請回答下列問題：

(1)已知CO分子中化學鍵為C≡O。相關的化學鍵鍵能數據如下：

化學鍵	H—O	C≡O	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平衡轉化率的措施有__(填標號)。

a.增大壓強 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轉化為甲酸根(HCOO)，然后進一步可以制得重要有機化工原料甲酸。CO2發生反應的電極反應式為__，若電解過程中轉移1mol電子，陽極生成氣體的體積(標準狀況)為__L。

(3)乙苯催化脫氫制取苯乙烯的反應為：

(g)+CO2(g)(g)+CO(g)+H2O(g)，其反應歷程如下：

①一定溫度下，向恒容密閉容器中充入2mol乙苯和2molCO2，起始壓強為p0，平衡時容器內氣體總物質的量為5mol，乙苯的轉化率為__，用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數Kp=__。[氣體分壓(p分)=氣體總壓(p總)×氣體體積分數]

②乙苯平衡轉化率與p(CO2)的關系如圖所示，請解釋乙苯平衡轉化率隨著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壓強增大，CO2濃度增大，乙苯平衡轉化率增大；CO2壓強繼續增大，會造成催化劑表面乙苯的吸附率下降

【解析】

(1)△H=反應物鍵能總和-生成物鍵能總和；提高CO平衡轉化率，要使平衡正向移動，結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轉化為甲酸根(HCOO-)，C元素化合價從+4降至+2價，一個CO2轉化為一個HCOO-得到2個電子，結合電荷、原子守恒書寫電極方程式；陽極電解生成氧氣，結合電極方程式4OH--4e-=O2↑+2H2O計算；

(3)①根據題中數據，壓強之比等于物質的量之比，列化學平衡三段式計算；

②隨著CO2壓強增大，CO2濃度增大，平衡正向移動，CO2壓強繼續增大，CO2在催化劑表面吸附率過高時，會造成乙苯在催化劑表面的吸附率下降

(1)△H=反應物鍵能總和-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．該反應是氣體體積不變的反應，增大壓強，平衡不移動，故a錯誤；

b．該反應是放熱反應，降低溫度，平衡正向移動，有利于提高CO平衡轉化率，故b正確；

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

d．使用高效催化劑，加快反應速率，但不改變平衡狀態，故d錯誤，

故答案為：-41；bc；

(2)CO2化合價從+4轉化為HCOO-的+2價，得到2個電子，電極反應式為CO2+2e+H2O=HCOO+OH；陽極電解生成氧氣，電極方程式4OH--4e-=O2↑+2H2O，電解過程中轉移1 mol電子，生成氧氣的物質的量為0.25mol，生成氧氣的體積(標準狀況)為0.25mol×22.4L/mol=5.6 L，故答案為：CO2+2e+H2O=HCOO+OH；5.6；

(3)①設乙苯反應了x mol。

平衡時容器內氣體總物質的量為2-x+2-x+3x=5 mol，解得x=1，

乙苯的轉化率為；平衡后總壓強為，各氣體的體積分數為，即各物質的分壓為×1.25 p0，化學平衡常數，故答案為：50%；0.25p0；

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