Question

【題目】科學(xué)家積極探索新技術(shù)對CO2進行綜合利用。

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）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: KM < KN

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M1

C．圖1中M點時,乙烯的體積分數(shù)為7.7%

D．當壓強或n(H2)/n(CO2)不變時均可證明化學(xué)反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)

（3）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時達到化學(xué)平衡。請在圖2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：

（4）放電時,正極的電極反應(yīng)式為______。

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

Answer 1

【答案】127.8 AC 11.2g

【解析】

（1）由H2和CH2=CH的燃燒熱和H2O(g)H2O(（1）△H=-44.0kJ/mol，計算2CO2(g)+6H2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g) △H=akJ/mol；

（2）A．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡逆向進行；

B．根據(jù)圖象分析；

C．圖中M點時二氧化碳的轉(zhuǎn)化率50%，結(jié)合化學(xué)平衡三行計算列式得到；

D．混合氣體的質(zhì)量不變，體積不變，所以混合氣體的密度始終不變；

（3）反應(yīng)前混合氣體的平均相對分子質(zhì)量=12.5，隨著反應(yīng)進行，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時達到化學(xué)平衡，t1時將容器體積瞬間擴大至2VL，平衡向逆方向移動，t2時重新達平衡；

（4）據(jù)正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)書寫電極方程式；

（5）據(jù)電極方程式得到兩極的質(zhì)量，進而求質(zhì)量差。

(1)；；；

將方程式得；

故答案為：-127.8；

（2）A.升高溫度二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率減低，則升溫平衡逆向移動，所以M化學(xué)平衡常數(shù)大于N，故A正確；

B.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)化率可能位于點M，故B錯誤；

C.若在密閉容器中充入體積比為 3:1的 H2 和CO2，設(shè)為3mol、1mol，則圖中M點時二氧化碳轉(zhuǎn)化率50%，

起始量 3 1 0 0

變化量 1.5 0.5 0.25 1

平衡量 1.5 0.5 0.25 1

產(chǎn)物C2H4的體積分數(shù)=×100%=7.7%，故圖1中M點時，乙烯的體積分數(shù)為7.7%，故C正確；

D.混合氣體的質(zhì)量不變，體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，所以不能根據(jù)混合氣體的密度來判斷化學(xué)反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài)，故D錯誤，故答案為：AC；

（3）反應(yīng)前混合氣體的平均相對分子質(zhì)量=12.5,所以起點坐標為(0,12.5),隨著反應(yīng)進行,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達平衡時M應(yīng)在區(qū)間(12.5,20),t1時將容器體積瞬間擴大至2VL,平衡向逆方向移動,t2時重新達平衡,平均相對分子質(zhì)量減小,t2達平衡時M應(yīng)大于12.5,所以圖象為。

（4）正極得電子發(fā)生還原反應(yīng),故電極方程式；

故答案為：；

（5）正極發(fā)生的電極反應(yīng)，，所以正極增加質(zhì)量為11.2g；

故答案為11.2g。