【題目】室溫下,0.25molC2H4(g)完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水,放出352.75kJ的熱量。請寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:_________________。為了緩解溫空效應(yīng),科學(xué)家提出了多種回收和利用CO2的方案。

方案1: 利用FeO吸收CO2獲得H2

ⅰ.6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s) ΔH1=-76.0kJ/mol

ⅱ.C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) ΔH2 = + 113. 4kJ/mol

(1) 3FeO(g)+H2O(g)= Fe3O4(s)+H2(g) ΔH3 =__________

(2) 在反應(yīng)i中,每放出38.0kJ熱量有____________gFeO被氧化。

室溫下,物質(zhì)的量濃度均為0.lmol/L 的幾種鹽溶液的pH如下表:

序號

溶液

NH4Cl

CH3COONH4

NaHCO3

NaX

Na2CO3

pH

5

7

8.4

9.7

11.6

(3)寫出溶液④中通入少量CO2的離子方程式:__________

(4)25℃時,溶液①中,由水電離產(chǎn)生的c(OH-)=_____mol/L。

(5)下列說法正確的是__________ (填序號)。

A.c(NH4+):①>②

B.物質(zhì)的量濃度和體積均相等的NaCl和CH3COONH4兩種溶液中,離子總數(shù)相等

C.等體積的③和⑤形成的混合溶液中:c(HCO3-)+c(CO32-)=0.1mol/L

D.將pH相同的CH3COOH和HX溶液加水稀釋相同倍數(shù),HX溶液的pH變化小

方案2:利用CO2制備CH4

300℃時,向2L恒容密閉容器中充入2molCO2和8molH2發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+ 2H2O(g)ΔH4,混合氣體中CH4的濃度與反應(yīng)時間的關(guān)系如圖所示。

(6)①從反應(yīng)開始到恰好達(dá)到平衡時,H的平均反應(yīng)速率v(H2)=____________。

②300℃時,反應(yīng)的平衡常數(shù)K=____________。

③保持溫度不變,向平衡后的容器中再充入2molCO2和8molH2,重新達(dá)到平衡時CH4的濃度__(填序號)。

A.等于0.8mo/L B.等于1.6mo/L

C.0.8mol/L4)<1.6mol/L D.大于1.6mol/L

(7)300℃時,如果該容器中有1.6molCO2、2.0molH2、5.6molCH4、4.0molH2O(g).則v___v

(填“>”“<”或“=" )。

(8)已知:200℃時,該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64.8L2·mol-2。則ΔH4____0(填“>”“<”或“=”)。

方案3: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,其工作原理如圖所示:

(9)①放電時,正極的電極反應(yīng)式為____________。

②若生成的Na2CO3和C全部沉積在電極表面,當(dāng)轉(zhuǎn)移0.2mole-時,兩極的質(zhì)量差為___g。

【答案】 C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O ΔH=-1411.0kJ·mol1 +18.7kJ/mol 144 X+CO2+H2O=HCO+HX 105 AD 0.32mol·L1·min1 25L2·mol2 D 3CO2+4Na++4e=2Na2CO3+C 15.8

【解析】(1)0.25molC2H4(g)完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水,放出352.75kJ的熱量,那么1molC2H4(g)完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水,放出1411.0kJ的熱量,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為:C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O ΔH=-1411.0kJ·mol1 ;正確答案:C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O ΔH=-1411.0kJ·mol1

已知:ⅱ.C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) ΔH2 = + 113. 4kJ/mol;變?yōu)?/span>iii CO2(g)+2H2(g)= C(s)+2H2O(g),ΔH = - 113. 4kJ/mol;根據(jù)蓋斯定律可知:反應(yīng)ⅰ-反應(yīng)iii可得6FeO(g)+2H2O(g)= 2Fe3O4(s)+2H2(g) ΔH3=+37.4 kJ/mol,化簡后為3FeO(g)+H2O(g)=Fe3O4(s)+H2(g) ΔH3=+18.7kJ/mol;正確答案+18.7kJ/mol。

⑵ 6molFeO中有4molFeO被氧化為2mol Fe2O3,有2molFeO沒有發(fā)生變化,因此4molFeO被氧化過程中反應(yīng)放熱76.0kJ/mol,現(xiàn)在反應(yīng)放出38.0kJ熱量,則有2 molFeO被氧化,有2×72=144g;正確答案:144。

(3) 少量CO2通入到NaX的溶液中,由于堿性NaX< Na2CO3,所以反應(yīng)生成HX和碳酸氫鹽,反應(yīng)離子方程式X+CO2+H2O=HCO3- +HX ,正確答案:X+CO2+H2O=HCO3- +HX 。

(4)25℃時,NH4Cl溶液促進(jìn)水的電離,由于pH=5,所以由水電離產(chǎn)生的c(H+)=10-5 mol/L,水電離產(chǎn)生的c(OH-)=10-5mol/L;正確答案:10-5。

(5) 氯化銨水解,醋酸銨是相互促進(jìn)水解,所以醋酸銨中銨根離子剩余的少,水解的多,所以c(NH4+):①>②,A正確;NaCl為不水解,CH3COONH4相互促進(jìn)水解,有一部分離子變?yōu)榉肿,所以物質(zhì)的量濃度和體積均相等的NaCl和CH3COONH4兩種溶液中,離子總數(shù)不相等,B錯誤;等體積的③和⑤形成的混合溶液中,根據(jù)碳原子守恒規(guī)律:c(HCO3-)+c(CO32-)+ c(H2CO3)=0.1mol/L,C錯誤;pH相同的酸,加水稀釋相同的倍數(shù),酸越弱,pH變化幅度越小,已知可知CH3COOH>HX,將pH相同的CH3COOH和HX溶液加水稀釋相同倍數(shù),HX溶液的pH變化小,D正確;正確選項AD。

①設(shè)反應(yīng)正消耗二氧化碳xmol,反應(yīng)如下:

CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+ 2H2O(g)

起始量 2 8 0 0

變化量 x 4 x x 2x

平衡量2- x 8-4 x x 2x

從圖像分析可知:10分鐘時,反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),c(CH4)=0.8 mol/L,容器的體積為2L,所以n(CH4)=1.6 mol, x=1.6mol,v(H2)=4×1.6/2/10=0.32mol·L1·min1 ;正確答案: 0.32mol·L1·min1。

②300℃時,c(CH4)=0.8 mol/L,c(H2O)=1.6 mol/L,c(H2)=0.8 mol/L,c(CO2)=0.2 mol/L,反應(yīng)的平衡常數(shù)K=c(CH4)×c2(H2O)/ c4(H2) ×c(CO2)=0.8×(1.6)2/0.2×(0.8)4=25 L2·mol2 正確答案:25L2·mol2。

③保持溫度不變,向平衡后的容器中再充入2molCO2和8molH2,若平衡不發(fā)生移動,CH4的濃度為原來的二倍,即1.6 mol/L;溫度、體積不變,反應(yīng)物按比例加倍,相當(dāng)于加壓過程,平衡向正反應(yīng)方向移動,c(CH4)在1.6 mol/L基礎(chǔ)上再增加一些,大于1.6mol/L,正確答案:D。

(7)各物質(zhì)的濃度為300℃時,c(CH4)=5.6/2=2.8 mol/L,c(H2O)=4/2=2 mol/L,c(H2)=2/2=1 mol/L,c(CO2)=1.6/2=0.8 mol/L,該反應(yīng)的濃度商為c(CH4)×c2(H2O)/ c4(H2) ×c(CO2)=2.8×22/14×2.8=4,而300℃時反應(yīng)的平衡常數(shù)K=25,所以反應(yīng)正向移動,v大于v,正確答案:>。

(9)①原電池放電時,正極發(fā)生還原反應(yīng),二氧化碳被還原為碳,電極反應(yīng)式為3CO2+4Na++4e=2Na2CO3+C;正確答案:3CO2+4Na++4e=2Na2CO3+C。

②鈉電極為負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),當(dāng)反應(yīng)轉(zhuǎn)移0.2mole-時,鈉電極質(zhì)量減少了0.2×23=4.6 g;正極發(fā)生還原反應(yīng),生成Na2CO3和C全部沉積在電極表面,根據(jù)4e--2Na2CO3---C關(guān)系可知,當(dāng)反應(yīng)轉(zhuǎn)移0.2mole-時,生成Na2CO3的量為0.1 mol,質(zhì)量為10.6g,生成C為0.05 mol,質(zhì)量為0.6 g;兩極的質(zhì)量差為10.6+0.6+4.6=15.8 g;正確答案:15.8 g。

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A. 反應(yīng)②中既有舊化學(xué)鍵的斷裂又有新化學(xué)鍵的形成

B. 新方法利用的是化學(xué)變化,舊方法利用的是物理變化

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