题目内容

7.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=CH2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=-127.8kJ/mol.
(2)上述由CO2合成CH2=CH2的反应在低温下自发进行(填“高温”或“低温”),理由是根据△G=△H-T△S,△H<0△S<0,要使反应自发进行使△G<0,需低温下进行.
(3)在体积为1L的密闭容器中,充入3mol H2和1mol CO2,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AC.
A.平衡常数大小:KM>KN
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VL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.t1时将容器体积瞬间扩大至2V L并保持不变,t2时重新达平衡.请在图2中作出容器内混合气体的平均相对分子质量$\overline{M}$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+3CO2$?_{充电}^{放电}$2Na2CO3+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3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C.
(6)若生成的Na2CO3和C全部沉积在电极表面,当转移0.2mol e-时,两极的质量差为15.8g.
(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(至少写两点).

分析 Ⅰ(1)①H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=H2O(l)△H=-285.8 kJ/mol;
    ②C2H4(g)+3O2(g)=2H2O(l)+2CO2(g)△H=-1411.0kJ/mol;
③H2O(g)═H2O(l)△H=-44kJ/mol
将方程式6①-②-4③得6H2(g)+2CO2(g)$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$C2H4 (g)+4H2O(g)△H进行相应的改变;
(2)依据平衡常数随温度变化分析温度对平衡移动的影响,反应自发进行的判断依据是△H-T△S<0,据此判断;
(3)A.反应是放热反应,温度升高平衡逆向进行;
B.根据图象分析;
C.图中M点时二氧化碳的转化率50%,结合化学平衡三行计算列式得到;
D.混合气体的质量不变,体积不变,所以混合气体的密度始终不变;
(4)反应前混合气体的平均相对分子质量=$\frac{44×2+2×6}{2+6}$=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,t1时将容器体积瞬间扩大至2V L,平衡向逆方向移动,t2时重新达平衡;
Ⅱ(5)据正极得电子发生还原反应书写电极方程式;
(6)据电极方程式得到两极的质量,进而求质量差;
(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,据此进行分析.

解答 解:(1)①H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=H2O(l)△H=-285.8 kJ/mol;
②C2H4(g)+3O2(g)=2H2O(l)+2CO2(g)△H=-1411.0kJ/mol;
③H2O(g)═H2O(l)△H=-44kJ/mol
将方程式6①-②-4③得6H2(g)+2CO2(g)$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$C2H4 (g)+4H2O(g)△H=6(-285.8 kJ/mol )-(-1411.0kJ/mol )-4(-44kJ/mol)=-127.8kJ/mol;
故答案为:-127.8;
(2)根据上面热化学方程式,△H<0即正向放热反应,6H2(g)+2CO2(g)$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$C2H4 (g)+4H2O(g)反应前后气体体积减小,熵变△S<0,满足△H-T△S<0,应在低温下能自发进行;理由是根据△G=△H-T△S,△H<0△S<0,要使反应自发进行使△G<0,需低温下进行;
故答案为:低温;根据△G=△H-T△S,△H<0△S<0,要使反应自发进行使△G<0,需低温下进行;
(3)A.升高温度二氧化碳的平衡转化率减低,则升温平衡逆向移动,所以M化学平衡常数大于N,故A正确;
B.由图象可知,其他条件不变,若不使用催化剂,则250℃时CO2的平衡转化率可能位于点M,故B错误;
C.若在密闭容器中充入体积比为 3:1的 H2 和CO2,设为3mol、1mol,则图中M点时二氧化碳转化率50%,
         6H2(g)+2CO2(g)$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$C2H4 (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=$\frac{0.25}{1.5+0.5+0.25+1}$×100%=7.7%,故图1中M点时,乙烯的体积分数为7.7%,故C正确;
D.混合气体的质量不变,体积不变,所以混合气体的密度始终不变,所以不能根据混合气体的密度来判断化学反应是否达到平衡状态,故D错误,
故答案为:AC;
(4)反应前混合气体的平均相对分子质量=$\frac{44×2+2×6}{2+6}$=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=$\frac{28+18×4}{1+4}$=20,则t0达平衡时$\overline{M}$应在区间(12.5,20),t1时将容器体积瞬间扩大至2V L,平衡向逆方向移动,t2时重新达平衡,平均相对分子质量减小,t2达平衡时 $\overline{M}$应大于12.5,所以图象为,
故答案为:;

Ⅱ(5)正极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)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,
负极发生的电极反应
4Na-4e-=4Na+
92     4
4.6   0.2,m(Na)=4.6g,
故两极的质量差为11.2g+4.6g=15.8g,
故答案为:15.8;
(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,
故答案为:导电性好,与金属钠不反应,难挥发.

点评 本题考查本题考查了盖斯定律、化学平衡移动的影响因素、化学平衡计算等,注意把握盖斯定律的应用方法、三段式在化学平衡计算中的灵活应用是解题的关键,侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力、计算能力和画图能力,题目难点中等.

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16.原子序数由小到大排列的四种短周期元素 X、Y、Z、W 的原子序数之和为 32,在元素周期表中 X 是原子半径最小的元素,Y、Z 左右相邻,Z、W 位于同主族,且 Z 为地壳中含量最多的元素.M 元素与 X 同主族,与 W 同周期.
(1)M 元素在周期表中位置为第三周期ⅠA族.
(2)Z、W 形成的气态氢化物的稳定性为H2O>H2S.(填化学式)
(3)气态 Y2X4是一种常见燃料,可与 YZ2反应,每转移 1mol 电子且生成气态 X2Z 放 出 142KJ 热量,写出有关热化学方程式2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g)△H=-1136kJ•mol-1.
(4)由 X、Y、Z、W 四种元素中的三种组成的一种强酸,该强酸的稀溶液能与铜反 应,离子方程式为3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++4H2O+2NO↑.
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(6)由 X、Y、Z、W 和 Fe 五种元素组成的相对分子质量为 392 的化合物 C,1mol C中含有 6mol 结晶水.对化合物 C 进行如下实验:
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