Question

【题目】“低碳经济”备受关注，二氧化碳的回收利用是环保和能源领域研究的热点课题。

(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

写出CO2与H2反应生成CH4和水蒸气的热化学方程式：_________________________。

(2)CO2与H2在催化剂作用下可以合成二甲醚，反应原理如下：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H。某温度下，向体积为2L的密闭容器中充入CO2与H2，发生上述反应。测得平衡混合物中CH3OCH3(g)的体积分数[φ(CH3OCH3) 与起始投料比Z[Z=]的关系如图1所示;CO2的平衡转化率(a)与温度(T)、压强(p)的关系如图2所示。

①当Z=3时，CO2的平衡转化率a=__________%。

②当Z=4时，反应达到平衡状态后,CH3OCH3的体积分数可能是图1中的_________点(填"D"、"E"或“F")。

③由图2可知该反应的△H_______0(选填“>”、“<“或“=”，下同)，压强p1、p2、p3由大到小的顺序为__________。

④若要进一步提高H2的平衡转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以采取的措施

有________________(任写一种)。

(3)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。

①放电时，正极的电极反应式为____________________。

②若生成的Na2CO3和C全部沉积在正极表面，当正极增加的质量为28g时，转移电子的物质的量为__________。

③可选用高氯酸钠-四甘醇甲醚作电解液的理由是________________________。

Answer 1

【答案】 CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) △H=-162 kJ·mol-1 75 F < p1>p2>p3 将二甲醚从体系中分离或增大n(CO2)∶n(H2) 3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C 0.5mol 导电性好、与金属钠不反应、难挥发等(答案合理即给分)

【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

根据盖斯定律可知③－①×2－②即得到CO2与H2反应生成CH4和水蒸气的热化学方程式为CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)△H=-162kJ·mol-1。

(2)①当Z=3时CH3OCH3(g)的体积分数为15%，根据方程式可知

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

起始量（mol） 2 6 0 0

转化量（mol） 2x 6x x 3x

平衡量（mol） 2－2x 6－6x x 3x

则，解得x＝0.75，所以CO2的平衡转化率a=75%。

②反应物按照化学计量数比进行反应时二甲醚的体积分数最高，则当Z=4时，反应达到平衡状态后CH3OCH3的体积分数可能是图1中的F点。③由图2可知压强相同时升高温度转化率降低，所以正反应是放热反应，则该反应的△H＜0；正反应体积减小，温度不变时增大压强转化率增大，则压强p1、p2、p3由大到小的顺序为p1＞p2＞p3。④正反应是体积减小的放热反应。则要进一步提高H2的平衡转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以采取的措施有将二甲醚从体系中分离或增大n(CO2)∶n(H2)。

(3)①放电时，正极发生得到电子的还原反应，则根据总反应式可知电极反应式为3CO2+4Na++4e-＝2Na2CO3+C；②根据反应式可知每转移4mol电子，正极质量增加2×106g＋12g＝224g，所以当正极增加的质量为28g时，转移电子的物质的量为。③根据题干信息以及金属钠的化学性质可知可选用高氯酸钠-四甘醇甲醚作电解液的理由是导电性好、与金属钠不反应、难挥发等。