Question

【題目】科學(xué)家積極探索新技術(shù)對CO2進(jìn)行綜合利用。

Ⅰ．CO2可用來合成低碳烯烴：2CO2(g)+6H2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g) △H=akJ/mol

請回答：

（1）已知：H2和CH2=CH的燃燒熱分別是285.8kJ/mol和1411.0kJ/mol，且H2O(g)H2O(（1）△H=-44.0kJ/mol，則a=________kJ/mol。

（2）上述由CO2合成CH2=CH2的反應(yīng)在________下自發(fā)進(jìn)行(填“高溫”或“低溫”)。

（3）在體積為1L的恒容密閉容器中，充入3molH2和1molCO2，測得溫度對CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和催化劑催化效率的影響如圖1所示。下列說法正確的是________。

A．平衡常數(shù)大小：KMN

B．其他條件不變,若不使用催化劑，則250℃時CO2的平衡轉(zhuǎn)化率可能位于點(diǎn)M1

C．圖1中M點(diǎn)時,乙烯的體積分?jǐn)?shù)為7.7%

D．當(dāng)壓強(qiáng)或n(H2)/n(CO2)不變時均可證明化學(xué)反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)

（4）保持溫度不變,在體積為V L的恒容容器中以n(H2)∶n(CO2)=3∶1的投料比加入反應(yīng)物,t0時達(dá)到化學(xué)平衡。請?jiān)趫D2中作出容器內(nèi)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量隨時間變化的圖象。___________

Ⅱ．利用“Na-CO2”電池將CO2變廢為寶。我國科研人員研制出的可充電“Na-CO2”電池,以鈉箔和多壁碳納米管(MWCNT)為電極材料,總反應(yīng)為4Na+3CO22Na2CO3+C。放電時該電池“吸入”CO2,其工作原理如圖3所示：

（5）放電時,正極的電極反應(yīng)式為__________________。

（6）若生成的Na2CO3和C全部沉積在正極表面，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.2mole-時，正極增加的質(zhì)量為_______g。

（7）選用高氯酸鈉四甘醇二甲醚做電解液的優(yōu)點(diǎn)是_____________________。

Answer 1

【答案】 -127.8 低溫 C 【作圖要求：O點(diǎn)坐標(biāo)(0,12.5)，t0平衡時在12.5到20之間。】 3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C 11.2 導(dǎo)電性好、與金屬鈉不反應(yīng)、難揮發(fā)等特點(diǎn)

【解析】I.(1). ① H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) △H=285.8kJ/mol；

② C2H4(g)+3O2(g)=2H2O(l)+2CO2(g) △H=1411.0kJ/mol；

③ H2O(g)═H2O(l) △H=44kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律：6×①②4×③得2CO2(g)+6H2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g) △H=6×(285.8kJ/mol)(1411.0kJ/mol)4×(44kJ/mol)= 127.8kJ/mol，故答案為：127.8；

(2). 根據(jù)上面所得熱化學(xué)方程式可知，△H<0即正向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，2CO2(g)+6H2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g)反應(yīng)前后氣體體積減小，熵變△S<0，要滿足△HT△S<0，應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行，故答案為：低溫；

(3). A. 升高溫度二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率降低，則升溫平衡逆向移動，所以M點(diǎn)化學(xué)平衡常數(shù)大于N點(diǎn)，故A錯誤；B. 催化劑不能使平衡發(fā)生移動，由圖象可知，其他條件不變，若不使用催化劑，則250℃時CO2的平衡轉(zhuǎn)化率位于點(diǎn)M，故B錯誤；C. 在體積為1L的恒容密閉容器中，充入3mollH2和1molCO2，圖中M點(diǎn)時二氧化碳轉(zhuǎn)化率為50%，

6H2(g)+2CO2(g) CH2=CH2 (g)+4H2O(g)

起始量(mol) 3 1 0 0

變化量(mol) 1.5 0.5 0.25 1

平衡量(mol) 1.5 0.5 0.25 1

產(chǎn)物CH2=CH2的體積分?jǐn)?shù)=×100%=7.7%，故C正確；D．由方程式可知，當(dāng)壓強(qiáng)不變時，說明反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)；因H2和CO2的起始加入量等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則反應(yīng)過程中n( H2)/n(CO2 )始終不變，所以n( H2)/n(CO2 )不變不能證明化學(xué)反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯誤；答案選C；

(4).反應(yīng)前混合氣體的平均相對分子質(zhì)量==12.5，所以起點(diǎn)坐標(biāo)為(0，12.5)，隨著反應(yīng)進(jìn)行，氣體的物質(zhì)的量減小，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量增大，至t0時達(dá)到化學(xué)平衡，若全部轉(zhuǎn)化為CH2=CH2和H2O平均相對分子質(zhì)量==20，則t0達(dá)平衡時應(yīng)在區(qū)間12.5到20之間，所以圖象為，故答案為：；

II. (5).在正極上，CO2得電子發(fā)生還原反應(yīng)，故電極方程式為3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C，故答案為：3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C；

(6).由正極發(fā)生的電極反應(yīng)：3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C

3 4 2 1

0.15 0.2 0.1 0.05

m(總)=m(Na2CO3)+m(C)=106g/mol×0.1mol+12g/mol×0.05mol=11.2g，故答案為：11.2；

(7).選用髙氯酸鈉四甘醇二甲醚做電解液的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)電性好，與金屬鈉不反應(yīng)，難揮發(fā)等，故答案為：導(dǎo)電性好、與金屬鈉不反應(yīng)、難揮發(fā)等有點(diǎn)。