Question

【题目】科学家积极探索新技术对CO2进行综合利用。

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

请回答：

（1）已知：H2和CH2=CH的燃烧热分别是285.8kJ/mol和1411.0kJ/mol，且H2O(g)H2O(（1）△H=-44.0kJ/mol，则a=________kJ/mol。

（2）上述由CO2合成CH2=CH2的反应在________下自发进行(填“高温”或“低温”)。

（3）在体积为1L的恒容密闭容器中，充入3molH2和1molCO2，测得温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图1所示。下列说法正确的是________。

A．平衡常数大小：KMN

B．其他条件不变,若不使用催化剂，则250℃时CO2的平衡转化率可能位于点M1

C．图1中M点时,乙烯的体积分数为7.7%

D．当压强或n(H2)/n(CO2)不变时均可证明化学反应已达到平衡状态

（4）保持温度不变,在体积为V L的恒容容器中以n(H2)∶n(CO2)=3∶1的投料比加入反应物,t0时达到化学平衡。请在图2中作出容器内混合气体的平均相对分子质量随时间变化的图象。___________

Ⅱ．利用“Na-CO2”电池将CO2变废为宝。我国科研人员研制出的可充电“Na-CO2”电池,以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料,总反应为4Na+3CO22Na2CO3+C。放电时该电池“吸入”CO2,其工作原理如图3所示：

（5）放电时,正极的电极反应式为__________________。

（6）若生成的Na2CO3和C全部沉积在正极表面，当转移0.2mole-时，正极增加的质量为_______g。

（7）选用高氯酸钠四甘醇二甲醚做电解液的优点是_____________________。

Answer 1

【答案】 -127.8 低温 C 【作图要求：O点坐标(0,12.5)，t0平衡时在12.5到20之间。】 3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C 11.2 导电性好、与金属钠不反应、难挥发等特点

【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

根据盖斯定律：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，故答案为：127.8；

(2). 根据上面所得热化学方程式可知，△H<0即正向为放热反应，2CO2(g)+6H2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g)反应前后气体体积减小，熵变△S<0，要满足△HT△S<0，应在低温下能自发进行，故答案为：低温；

(3). A. 升高温度二氧化碳的平衡转化率降低，则升温平衡逆向移动，所以M点化学平衡常数大于N点，故A错误；B. 催化剂不能使平衡发生移动，由图象可知，其他条件不变，若不使用催化剂，则250℃时CO2的平衡转化率位于点M，故B错误；C. 在体积为1L的恒容密闭容器中，充入3mollH2和1molCO2，图中M点时二氧化碳转化率为50%，

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

起始量(mol) 3 1 0 0

变化量(mol) 1.5 0.5 0.25 1

平衡量(mol) 1.5 0.5 0.25 1

产物CH2=CH2的体积分数=×100%=7.7%，故C正确；D．由方程式可知，当压强不变时，说明反应达到了平衡状态；因H2和CO2的起始加入量等于化学计量数之比，则反应过程中n( H2)/n(CO2 )始终不变，所以n( H2)/n(CO2 )不变不能证明化学反应已达到平衡状态，故D错误；答案选C；

(4).反应前混合气体的平均相对分子质量==12.5，所以起点坐标为(0，12.5)，随着反应进行，气体的物质的量减小，混合气体的平均相对分子质量增大，至t0时达到化学平衡，若全部转化为CH2=CH2和H2O平均相对分子质量==20，则t0达平衡时应在区间12.5到20之间，所以图象为，故答案为：；

II. (5).在正极上，CO2得电子发生还原反应，故电极方程式为3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C，故答案为：3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C；

(6).由正极发生的电极反应：3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C

3 4 2 1

0.15 0.2 0.1 0.05

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

(7).选用髙氯酸钠四甘醇二甲醚做电解液的优点是导电性好，与金属钠不反应，难挥发等，故答案为：导电性好、与金属钠不反应、难挥发等有点。