Question

【題目】“低碳經(jīng)濟(jì)”備受關(guān)注，二氧化碳的回收利用是環(huán)保和能源領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)課題。

(1)已知：①CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)△H=-41kJ·mol-1

②CH4(g)C(s)+2H2(g)△H=+73kJ·mol-1

③2CO(g)C(s)+CO2(g)△H=-171kJ·mol-1

寫(xiě)出CO2與H2反應(yīng)生成CH4和水蒸氣的熱化學(xué)方程式：_________________________。

(2)CO2與H2在催化劑作用下可以合成二甲醚，反應(yīng)原理如下：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H。某溫度下，向體積為2L的密閉容器中充入CO2與H2，發(fā)生上述反應(yīng)。測(cè)得平衡混合物中CH3OCH3(g)的體積分?jǐn)?shù)[φ(CH3OCH3) 與起始投料比Z[Z=]的關(guān)系如圖1所示;CO2的平衡轉(zhuǎn)化率(a)與溫度(T)、壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如圖2所示。

①當(dāng)Z=3時(shí)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率a=__________%。

②當(dāng)Z=4時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后,CH3OCH3的體積分?jǐn)?shù)可能是圖1中的_________點(diǎn)(填"D"、"E"或“F")。

③由圖2可知該反應(yīng)的△H_______0(選填“>”、“<“或“=”，下同)，壓強(qiáng)p1、p2、p3由大到小的順序?yàn)?/span>__________。

④若要進(jìn)一步提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率，除了可以適當(dāng)改變反應(yīng)溫度和壓強(qiáng)外，還可以采取的措施

有________________(任寫(xiě)一種)。

(3)我國(guó)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(shí)該電池“吸入”CO2,其工作原理如圖3所示。

①放電時(shí)，正極的電極反應(yīng)式為____________________。

②若生成的Na2CO3和C全部沉積在正極表面，當(dāng)正極增加的質(zhì)量為28g時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為__________。

③可選用高氯酸鈉-四甘醇甲醚作電解液的理由是________________________。

Answer 1

【答案】 CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) △H=-162 kJ·mol-1 75 F < p1>p2>p3 將二甲醚從體系中分離或增大n(CO2)∶n(H2) 3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C 0.5mol 導(dǎo)電性好、與金屬鈉不反應(yīng)、難揮發(fā)等(答案合理即給分)

【解析】(1)已知：①CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)△H=-41kJ·mol-1

②CH4(g)C(s)+2H2(g)△H=+73kJ·mol-1

③2CO(g)C(s)+CO2(g)△H=-171kJ·mol-1

根據(jù)蓋斯定律可知③－①×2－②即得到CO2與H2反應(yīng)生成CH4和水蒸氣的熱化學(xué)方程式為CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)△H=-162kJ·mol-1。

(2)①當(dāng)Z=3時(shí)CH3OCH3(g)的體積分?jǐn)?shù)為15%，根據(jù)方程式可知

2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)

起始量（mol） 2 6 0 0

轉(zhuǎn)化量（mol） 2x 6x x 3x

平衡量（mol） 2－2x 6－6x x 3x

則，解得x＝0.75，所以CO2的平衡轉(zhuǎn)化率a=75%。

②反應(yīng)物按照化學(xué)計(jì)量數(shù)比進(jìn)行反應(yīng)時(shí)二甲醚的體積分?jǐn)?shù)最高，則當(dāng)Z=4時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后CH3OCH3的體積分?jǐn)?shù)可能是圖1中的F點(diǎn)。③由圖2可知壓強(qiáng)相同時(shí)升高溫度轉(zhuǎn)化率降低，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則該反應(yīng)的△H＜0；正反應(yīng)體積減小，溫度不變時(shí)增大壓強(qiáng)轉(zhuǎn)化率增大，則壓強(qiáng)p1、p2、p3由大到小的順序?yàn)?/span>p1＞p2＞p3。④正反應(yīng)是體積減小的放熱反應(yīng)。則要進(jìn)一步提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率，除了可以適當(dāng)改變反應(yīng)溫度和壓強(qiáng)外，還可以采取的措施有將二甲醚從體系中分離或增大n(CO2)∶n(H2)。

(3)①放電時(shí)，正極發(fā)生得到電子的還原反應(yīng)，則根據(jù)總反應(yīng)式可知電極反應(yīng)式為3CO2+4Na++4e-＝2Na2CO3+C；②根據(jù)反應(yīng)式可知每轉(zhuǎn)移4mol電子，正極質(zhì)量增加2×106g＋12g＝224g，所以當(dāng)正極增加的質(zhì)量為28g時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為。③根據(jù)題干信息以及金屬鈉的化學(xué)性質(zhì)可知可選用高氯酸鈉-四甘醇甲醚作電解液的理由是導(dǎo)電性好、與金屬鈉不反應(yīng)、難揮發(fā)等。