Question

【題目】二氧化碳資源化利用是目前研究的熱點之一。

(1)二氧化碳可用于重整天然氣制合成氣(CO和H2)。

①已知下列熱化學方程式：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H1=+206kJ/mol，CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) △H 2=-165kJ/mol，

則反應CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的△H=____kJ/mol。

②最近我國學者采用電催化方法用CO2重整CH4制取合成氣，裝置如圖所示。裝置工作時，陽極的電極反應式為________。

(2)由二氧化碳合成VCB（鋰電池電解質的添加劑）的實驗流程如下，已知EC、VCB核磁共振氫譜均只有一組峰，均含五元環狀結構，EC能水解生成乙二醇。

VCB的結構簡式為_________。

(3)乙烷直接熱解脫氫和CO2氧化乙烷脫氫的相關化學方程式及平衡轉化率與溫度的關系如下：

(I)乙烷直接熱解脫氫：C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) △H1

(Ⅱ)CO2氧化乙烷脫氫：C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+CO(g)+H2O(g) △H2

①反應(I)的△H1= ____kJ/mol（填數值，相關鍵能數據如下表）。

化學鍵	C－C	C=C	C－H	H－H
鍵能/kJ·mol－1	347.7	615	413.4	436.0

②反應(Ⅱ)乙烷平衡轉化率比反應(I)的大，其原因是______（從平衡移動角度說明）。

③有學者研究納米Cr2O3催化CO2氧化乙烷脫氫，通過XPS測定催化劑表面僅存在Cr6+和Cr3+，從而說明催化反應歷程為：C2H6(g)→C2H4(g)+H2(g)，______和_______（用方程式表示，不必注明反應條件）。

④在三個容積相同的恒容密閉容器中，溫度及起始時投料如下表所示，三個容器均只發生反應：C2H6(g)img src="http://thumb.zyjl.cn/questionBank/Upload/2019/10/07/08/dcc46cb6/SYS201910070801057716573811_ST/SYS201910070801057716573811_ST.001.png" width="33" height="10" style="-aw-left-pos:0pt; -aw-rel-hpos:column; -aw-rel-vpos:paragraph; -aw-top-pos:0pt; -aw-wrap-type:inline" />C2H4(g)+H2(g)。溫度及投料方式（如下表所示），測得反應的相關數據如下：

	容器1	容器2	容器3
反應溫度T/K	600	600	500
反應物投入量	1molC2H6	2molC2H4+2molH2	1molC2H6
平衡時v正(C2H4)/ mol/(L·s)	v1	v2	v3
平衡時c(C2H4)/ mol/L	c1	c2	c3
平衡常數K	K1	K2	K3

下列說法正確的是_______（填標號）。

A.K1=K2，v1<v2 B.K1<K3，v1< v3 C.v2>v3，c2>2c3 D.c2+c3<3c1

Answer 1

【答案】+247 CH4+O2--2e-=CO+2H2 +123.5 反應Ⅱ相當于反應Ⅰ中乙烷熱解的產物H2，與CO2進一步發生反應：CO2+H2CO+H2O，降低了反應Ⅰ中生成物H2的濃度，使平衡向生成乙烯的方向移動 3CO2+Cr2O3=2CrO3+3CO 2CrO3+3H2=Cr2O3+3H2O AD

【解析】

(1)根據蓋斯定律，將已知的兩個熱化學方程式疊加，可得待求反應的熱化學方程式；

②電解時，陽極CH4發生氧化反應變為CO；陰極上CO2被還原為CO；

(2)根據EC、VCB核磁共振氫譜均只有一組峰，結合二者的分子式及均含五元環狀結構，EC能水解生成乙二醇確定物質結構；

(3)(I)根據反應熱為斷裂反應物化學鍵吸收的能量與形成生成物化學鍵釋放的能量差計算反應熱；

②(Ⅱ)根據兩個反應產生的物質的區別分析；

③根據題干信息及已知的方程式書寫待求的反應方程式；

④根據①可知反應C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)的正反應是吸熱反應，化學平衡常數只與溫度有關，利用溫度、濃度對化學反應速率和平衡移動的影響分析。

(1)①a.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H1=206kJ/mol，

b.CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) △H2=-165 kJ/mol，

根據蓋斯定律，將a×2+b，整理，可得反應CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的△H=+247kJ/mol。

②根據圖示可知：在陽極CH4失去電子，被氧化產生CO，電極反應式為：CH4+O2--2e-=CO+2H2；

(2)EC、VCB核磁共振氫譜均只有一組峰，均含五元環狀結構，結合二者的分子式及EC能水解生成乙二醇確定物質結構，可知EC為，VCB為；

(3)(I)C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) 的反應熱△H1=6C—H+C—C-4C—H-H—H-C=C=(2×413.4+347.7-615-436.0)kJ/mol=+123.5 kJ/mol；

(II)根據反應方程式可知：反應Ⅱ相當于反應Ⅰ中乙烷熱解的產物H2，與CO2進一步發生反應：CO2+H2CO+H2O，降低了反應Ⅰ中生成物H2的濃度，減小生成物的濃度，化學平衡正向移動，使平衡向生成乙烯的方向移動，從而提高了原料的轉化率；

③有學者研究納米Cr2O3催化CO2氧化乙烷脫氫，通過XPS測定催化劑表面僅存在Cr6+和Cr3+，由于催化劑參加反應，在反應過程中被CO2氧化為+6價的CrO3，反應前后質量不變，則催化反應歷程為：C2H6(g)→C2H4(g)+H2(g)，3CO2+Cr2O3=2CrO3+3CO和2CrO3+3H2=Cr2O3+3H2O；

④A.化學平衡常數只與溫度有關，溫度相同，化學平衡常數相同，所以K1=K2；將容器1與容器2對比，容器2反應相當于容器1反應達到平衡后將容器的容積減小一半，增大壓強，物質濃度增大，化學反應速率加快，所以v1<v2，A正確；

B.容器1與容器3對比，相當于降低溫度，降低溫度，化學平衡向放熱的逆反應方向移動，化學平衡常數減小，K3<K1；降低溫度，反應速率降低，所以v1>v3，B錯誤；

C.容器2對于容器3來說，溫度升高，反應物的物質濃度大，所以反應速率v2>v3；容器2對于容器1來說，相當于壓強是容器1的二倍，增大壓強，平衡逆向移動，所以c2<2c1；容器3相當對于容器1來說，相當于降低了容器的溫度，降低溫度，平衡逆向移動，所以c3<c1，因此c2、c3的關系可能c2<2c3，也可能c2>2c3，C錯誤；

D.根據選項C分析可知c2<2c1，c3<c1，所以c2+c3<3c1，D正確；

故合理選項是AD。