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．

练习册系列答案
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17．已知X、Y、Z、W分别是元素周期表中的短周期元素，且原子序数依次增大．X、W为同主族元素，Y、Z为同周期的相邻元素．W原子的质子数等子Y、Z原子的最外层电子数之和．Y与X形成的分子中含有3个共价键，X、Y、Z所形成的常见化合物是汽车安全气囊中的一种填充物．请回答下列问题：
①写出X、Y、W形成化合物的电子式．
②一定温度下，X2、Y2在容积为5L的密闭容器中发生可逆反应，充入的X2和Y2的物质的量分别是6mol和3mol，达到化学平衡状态时生成物的物质的量为2.4mol．达到化学平衡状态时，混合气体中Y2的体积分数为27.3%．
18．下列表示物质结构的化学用语正确的是（　　）
A．H2O2的电子式：B．CCl4的电子式：
C．${\;}_{\;}^{18}$O的原子结构示意图：D．MgCl2的电子式：
15．在加热条件下，乙醇转化为有机物R的过程如图所示，其中错误的是（　　）
A．R的化学式为C2H4O
B．乙醇发生了还原反应
C．反应过程中固体有红黑交替变化的现象
D．乙二醇（HO-CH2-CH2-OH）也能发生类似反应
2．化学与社会、生产、生活密切相关，下列说法错误的是（　　）
A．利用风能、太阳能等清洁能源代替化石燃料，可减少环境污染
B．煤的干馏、煤的汽化和煤的液化都属于化学变化
C．自来水厂用明矾净水，用Fe2（SO4）3或ClO2代替明矾净水，其原理相同
D．将水中的铁闸门连接电源的负极而防腐，是外加电流的阴极保护法
12．下列实验中，对应的现象以及结论都正确且两者具有因果关系的是（　　）
选项实验现象结论
A用pH试纸检测：0.1mol•L-1Na2SO3溶液、0.1mol•L-1NaHSO3溶液Na2SO3溶液的pH约为10； NaHSO3溶液的pH约为5HSO3-结合H+的能力比SO32-强
B向含有酚酞的Na2CO3溶液中加入少量BaCl2固体溶液红色变浅Na2CO3溶液中存在水解平衡
C注射器中吸入NO2，封堵针尖处，将注射器体积压缩为原来的一半气体颜色比起始时浅加压后，NO2转变为无色的N2O4
D饱和BaSO4悬浊液中加入饱和Na2CO3溶液，振荡，然后过滤、洗涤，向所得固体中加入盐酸沉淀部分溶解且有气体产生Ksp（BaSO4）＞
Ksp（BaCO3）
A．AB．BC．CD．D
19．下列说法正确的是（　　）
选项实验目的所选主要仪器（铁架台等忽略）部分操作
A用浓硫酸配制480mL0.1mol/L硫酸溶液500mL容量瓶、烧杯、玻璃棒、量筒、胶头滴管将量取好的浓硫酸放入容量瓶中，加水溶解至刻度线
B从食盐水中得到NaCl晶体坩埚、酒精灯、玻璃棒、泥三角、三脚架当加热至大量固体出现时，停止加热，利用余热加热
C分离甲醇和甘油的混合物蒸馏烧瓶、酒精灯、温度计、直形冷凝管、锥形瓶、牛角管温度计水银球插入液液面以下
D用CCl4萃取溴水中的Br2分液漏斗、烧杯分离时下层液体从分液漏斗下口放出，上层液体从上口倒出
A．AB．BC．CD．D
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↑．
（5）由 X、Y、Z、W 四种元素组成的一种离子化合物 A，已知
①1mol A 能与足量 NaOH 浓溶液反应生成标准状况下 44.8L 气体．
②A 能与盐酸反应产生气体 B，该气体能与氯水反应．则 A 是（NH4）2SO3（填化学式）．写 出该气体 B 与氯水反应的离子方程式SO2+Cl2+2H2O=4H++2Cl-+SO42-．
（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：
a．取 C 的溶液加入过量浓 NaOH 溶液并加热，产生白色沉 淀和无色刺激性气味气 体．过一段时间白色沉淀变为灰绿色，最终变为红褐色；
b．另取 C 的溶液，加入过量 BaCl2溶液产生白色沉淀，加盐酸沉淀不溶解．
①C 水溶液中各种离子浓度由大到小的顺序为：c（SO42-）＞c（NH4+）＞c（Fe2+）＞c（H+）＞c（OH-）．
②试写出 C 与 M2Z2 按物质的量之比为 1：2 在溶液中反应的化学方程式4（NH4）2Fe（SO4）2•6H2O+8Na2O2=4Fe（OH）3↓+8NH3↑+3O2↑+8Na2SO4+22H2O．
1．某酸性废液含有H+、Fe3+、Ni2+、NO3-、F─和Cr2O72─等．图是该废液的综合利用工艺流程：（假设：F─与金属离子的络合反应不影响其他反应和计算）

已知：
①金属离子开始沉淀和沉淀完全时的pH：
Fe3+Ni2+Cr3+
开始沉淀1.56.74.0
沉淀完全3.49.56.9
②Ni2+与足量氨水的反应为：Ni2++6NH3?[Ni（NH3）6]2+
（1）滤渣1的主要成份为：Fe（OH）3．
（2）请写出“转化”时NaHSO3与Cr2O72─发生反应的离子方程式Cr2O72-+3HSO3-+5H+=2Cr3++3SO42-+4H2O．
（3）试剂X可以是足量氨水，还可以是：BC．A．NaOH  B．Ni（OH）2  C．NiO  D．Fe2O3
（4）写出Cr（OH）3在水中的电离方程式Cr（OH）3?Cr3++3OH-，Cr（OH）3+H2O?[Cr（OH）4]-+H+．
（5）已知[Ni（NH3）6]2+为难电离的络合离子，则“沉镍”的离子方程式为：[Ni（NH3）6]2++S2-=NiS↓+6NH3．
（6）请写出Cr3+与酸性高锰酸钾发生反应的离子方程式10Cr3++6MnO4-+11H2O=6Mn2++5Cr2O72-+22H+．
（7）经检测，最后的残液中c（Ca2+）=1.0×10─5 mol•L-1，则残液中F-浓度为38mg•L-1，
不符合（填“符合”或“不符合”）排放标准[已知Ksp（CaF2）=4×10─11，国家排放标准要求氟离子浓度小于10mg•L-1]．

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