Question

【題目】科學家積極探索新技術對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) ΔH= a kJ/mol

請回答：

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

（2）上述由CO2合成CH2 =CH2的反應在__________下自發(fā)進行（填“高溫”或“低溫”），理由是___________________。

（3）在體積為1L的密閉容器中，充入3mol H2和1mol CO2，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�。�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反應已達到平衡狀態(tài)

（4）保持溫度不變，在體積為VL的恒容容器中以n(H2)∶n(CO2) = 3∶1的投料比加入反應物，t0時達到化學平衡。t1時將容器體積瞬間擴大至2V L并保持不變，t2時重新達平衡。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，正極的電極反應式為______________________。

（6）若生成的Na2CO3和C全部沉積在電極表面，當轉(zhuǎn)移0.2mol e-時，兩極的質(zhì)量差為_________g。

（7）選用髙氯酸鈉—四甘醇二甲醚做電解液的優(yōu)點是___________________________（至少寫兩點）。

Answer 1

【答案】-127.8 低溫 根據(jù)△G=△H-T△S，△H＜0 △S＜0，要使反應自發(fā)進行使△G＜0，需低溫下進行。 AC

作圖要求：O點坐標（0，12.5），t0平衡時在12.5到20之間，t1時體積瞬間擴大至2VL

時，平衡左移減小，但達到新平衡大于12.5。 3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C 15.8 導電性好、與金屬鈉不反應、難揮發(fā)等特點（合理給分）

【解析】

(1)已知H2(g)、C2H4(g)的燃燒熱分別是-285.8kJ/mol、-1411.0kJ/mol，則有：①H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol；②C2H4(g)+3O2(g)=2H2O(l)+2CO2(g)△H=-1411.0kJ/mol；③H2O(g)H2O(1) ΔH = -44.0 kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律 ①×6-②-③×4可得：2CO2(g) +6H2(g)CH2 =CH2(g) +4H2O(g)△H=(-285.8kJ/mol)×6-(-1411.0kJ/mol)-(-44.0 kJ/mol)×4=-127.8kJ/mol；

(2)2CO2(g) +6H2(g)CH2 =CH2(g) +4H2O(g)△H=-127.8 kJ/mol，反應的△H＜0，△S＜0，根據(jù)△G=△H-T△S，需要△G＜0，即低溫下反應才能自發(fā)進行，故答案為：低溫；根據(jù)△G=△H-T△S，△H＜0 ，△S＜0，要使反應自發(fā)進行使△G＜0，需低溫下進行；

(3)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化學平衡常數(shù)大于N，故A正確；

B.使用催化劑，平衡不移動，溫度不變，平衡時CO2的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故B錯誤；

C、設開始投料n(H2)為3mol，則n(CO2)為1mol，所以當在M點平衡時二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為50%，

所以有 6H2(g)+2CO2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g)

開始(mol/L) 3 1 0 0

轉(zhuǎn)化 1.5 0.5 0.25 1

平衡 1.5 0.5 0.25 1

所以乙烯的體積分數(shù)為×100%=7.7%C正確；

D.該反應屬于氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化的反應，當壓強不變時表示已經(jīng)達到平衡狀態(tài)，反應中 n( H2)/n(CO2)始終不變，不能證明化學反應已達到平衡狀態(tài)，故D錯誤；

故選AC；

(4)反應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達平衡時應在區(qū)間(12.5，20)，t1時將容器體積瞬間擴大至2V L，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 應大于12.5，所以圖象為，故答案為：；

(5)“吸入”CO2時是原電池裝置，正極發(fā)生還原反應，電極反應式為：4Na++3CO2+4e-═2Na2CO3+C；

(6)若生成的Na2CO3和C全部沉積在電極表面，當轉(zhuǎn)移0.2 mol e-時，負極溶解0.1mol鈉，質(zhì)量為4.6g，正極生成0.1mol碳酸鈉和0.05mol碳，質(zhì)量為10.6g+0.6g=11.2g，兩極的質(zhì)量差為4.6g +11.2g=15.8 g；

(7)髙氯酸鈉—四甘醇二甲醚做電解液的優(yōu)點有導電性好、與金屬鈉不反應、難揮發(fā)等特點，故答案為：導電性好、與金屬鈉不反應、難揮發(fā)等特點。