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) ΔH= a kJ/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) ΔH = -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”），理由是___________________。

（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_________。

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全部沉积在电极表面，当转移0.2mol e-时，两极的质量差为_________g。

（7）选用髙氯酸钠—四甘醇二甲醚做电解液的优点是___________________________（至少写两点）。

Answer 1

【答案】-127.8 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。 AC

作图要求：O点坐标（0，12.5），t0平衡时在12.5到20之间，t1时体积瞬间扩大至2VL

时，平衡左移减小，但达到新平衡大于12.5。 3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C 15.8 导电性好、与金属钠不反应、难挥发等特点（合理给分）

【解析】

(1)已知H2(g)、C2H4(g)的燃烧热分别是-285.8kJ/mol、-1411.0kJ/mol，则有：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，根据盖斯定律 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，反应的△H＜0，△S＜0，根据△G=△H-T△S，需要△G＜0，即低温下反应才能自发进行，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.使用催化剂，平衡不移动，温度不变，平衡时CO2的平衡转化率不变，故B错误；

C、设开始投料n(H2)为3mol，则n(CO2)为1mol，所以当在M点平衡时二氧化碳的转化率为50%，

所以有 6H2(g)+2CO2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g)

开始(mol/L) 3 1 0 0

转化 1.5 0.5 0.25 1

平衡 1.5 0.5 0.25 1

所以乙烯的体积分数为×100%=7.7%C正确；

D.该反应属于气体的物质的量发生变化的反应，当压强不变时表示已经达到平衡状态，反应中 n( H2)/n(CO2)始终不变，不能证明化学反应已达到平衡状态，故D错误；

故选AC；

(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(12.5，20)，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 应大于12.5，所以图象为，故答案为：；

(5)“吸入”CO2时是原电池装置，正极发生还原反应，电极反应式为：4Na++3CO2+4e-═2Na2CO3+C；

(6)若生成的Na2CO3和C全部沉积在电极表面，当转移0.2 mol e-时，负极溶解0.1mol钠，质量为4.6g，正极生成0.1mol碳酸钠和0.05mol碳，质量为10.6g+0.6g=11.2g，两极的质量差为4.6g +11.2g=15.8 g；

(7)髙氯酸钠—四甘醇二甲醚做电解液的优点有导电性好、与金属钠不反应、难挥发等特点，故答案为：导电性好、与金属钠不反应、难挥发等特点。