Question

【題目】“低碳經濟”備受關注，二氧化碳的回收利用是環保和能源領域研究的熱點課題。

(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

寫出CO2與H2反應生成CH4和水蒸氣的熱化學方程式：_________________________。

(2)CO2與H2在催化劑作用下可以合成二甲醚，反應原理如下：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，發生上述反應。測得平衡混合物中CH3OCH3(g)的體積分數[φ(CH3OCH3) 與起始投料比Z[Z=]的關系如圖1所示;CO2的平衡轉化率(a)與溫度(T)、壓強(p)的關系如圖2所示。

①當Z=3時，CO2的平衡轉化率a=__________%。

②當Z=4時，反應達到平衡狀態后,CH3OCH3的體積分數可能是圖1中的_________點(填"D"、"E"或“F")。

③由圖2可知該反應的△H_______0(選填“>”、“<“或“=”，下同)，壓強p1、p2、p3由大到小的順序為__________。

④若要進一步提高H2的平衡轉化率，除了可以適當改變反應溫度和壓強外，還可以采取的措施

有________________(任寫一種)。

(3)我國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，總反應為4Na+3CO22Na2CO3+C。放電時該電池“吸入”CO2,其工作原理如圖3所示。

①放電時，正極的電極反應式為____________________。

②若生成的Na2CO3和C全部沉積在正極表面，當正極增加的質量為28g時，轉移電子的物質的量為__________。

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 導電性好、與金屬鈉不反應、難揮發等(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

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

(2)①當Z=3時CH3OCH3(g)的體積分數為15%，根據方程式可知

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

起始量（mol） 2 6 0 0

轉化量（mol） 2x 6x x 3x

平衡量（mol） 2－2x 6－6x x 3x

則，解得x＝0.75，所以CO2的平衡轉化率a=75%。

②反應物按照化學計量數比進行反應時二甲醚的體積分數最高，則當Z=4時，反應達到平衡狀態后CH3OCH3的體積分數可能是圖1中的F點。③由圖2可知壓強相同時升高溫度轉化率降低，所以正反應是放熱反應，則該反應的△H＜0；正反應體積減小，溫度不變時增大壓強轉化率增大，則壓強p1、p2、p3由大到小的順序為p1＞p2＞p3。④正反應是體積減小的放熱反應。則要進一步提高H2的平衡轉化率，除了可以適當改變反應溫度和壓強外，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，正極發生得到電子的還原反應，則根據總反應式可知電極反應式為3CO2+4Na++4e-＝2Na2CO3+C；②根據反應式可知每轉移4mol電子，正極質量增加2×106g＋12g＝224g，所以當正極增加的質量為28g時，轉移電子的物質的量為。③根據題干信息以及金屬鈉的化學性質可知可選用高氯酸鈉-四甘醇甲醚作電解液的理由是導電性好、與金屬鈉不反應、難揮發等。