Question

【題目】“低碳經(jīng)濟(jì)”正成為科學(xué)家研究的主要課題，為了減少空氣中的溫室氣體，并且充分利用二氧化碳資源，科學(xué)家們?cè)O(shè)想了一系列捕捉和封存二氧化碳的方法。

（1）有科學(xué)家提出可利用FeO吸收和利用CO2，相關(guān)熱化學(xué)方程式如下：

6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s) ΔH=-76.0 kJ·mol-1

①上述反應(yīng)中每生成1 mol Fe3O4，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為_______mol。

②已知：C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) △H=+113.4kJ·mol-1，則反應(yīng)：3FeO(s)+ H2O(g)= Fe3O4(s)+ H2(g)的△H=__________。

（2）用氨水捕集煙氣中的CO2生成銨鹽是減少CO2排放的可行措施之一。

①分別用不同pH的吸收劑吸收煙氣中的CO2，CO2脫除效率與吸收劑的pH關(guān)系如圖所示，若煙氣中CO2的含量（體積分?jǐn)?shù)）為12％，煙氣通入氨水的流量為0.052 m3·h-1(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，用pH為12.81的氨水吸收煙氣30min，脫除的CO2的物質(zhì)的量最多為____________(精確到0.01)。

②通常情況下溫度升高，CO2脫除效率提高，但高于40℃時(shí)，脫除CO2效率降低的主要原因是______________。

（3）一定條件下，Pd-Mg/SiO2催化劑可使CO2“甲烷化”從而變廢為寶，其反應(yīng)機(jī)理如圖所示。

①該反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________；反應(yīng)過(guò)程中碳元素的化合價(jià)為-2價(jià)的中間體是_________________。

②向一容積為2 L的恒容密閉容器中充入一定量的CO2和H2，在300℃時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為CO2：0.2 mol·L-1、H2：0.8 mol·L-1、CH4：0.8 mol·L-1、H2O：1.6 mol·L-1，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為_________________；300℃時(shí)上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K=___________________。

③已知該反應(yīng)正反應(yīng)放熱，現(xiàn)有兩個(gè)相同的恒容絕熱(與外界無(wú)熱量交換)密閉容器Ⅰ、Ⅱ，在Ⅰ中充入1molCO2和4molH2，在Ⅱ中充入1molCH4和2molH2O(g)，300℃下開(kāi)始反應(yīng)。達(dá)到平衡時(shí)，下列說(shuō)法正確的是___________________(填字母)。

A.容器Ⅰ、Ⅱ中正反應(yīng)速率相同

B.容器Ⅰ、Ⅱ中CH4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相同

C.容器Ⅰ中CO2的物質(zhì)的量比容器Ⅱ中的多

D.容器Ⅰ中CO2的轉(zhuǎn)化率與容器Ⅱ中CH4的轉(zhuǎn)化率之和小于1

【答案】 2 +18.7kJ·mol-1 0.13mol 碳酸氫銨受熱分解生成二氧化碳，氨水受熱揮發(fā) CO2+4H2CH4+2H2O MgOCH2 80% 25 CD

【解析】（1）考查得失電子的計(jì)算、熱化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)算，①根據(jù)反應(yīng)方程式，只有CO2中C的化合價(jià)降低，生成1molFe3O4時(shí)消耗0.5molCO2，即轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.5×4mol=2mol；②6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s) ①，C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) ②，(①＋②)/2，得出△H=(－76.0＋113.4)/2kJ·mol－1=＋18.7kJ·mol－1；（2）考查化學(xué)計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)控制條件，①pH=12.81，此時(shí)的CO2脫除效率為91.6%，脫除CO2的物質(zhì)的量最多為mol=0.13mol；②氨水受熱易揮發(fā)，溫度過(guò)高，造成氨水揮發(fā)，吸收CO2的量減少，CO2與NH3反應(yīng)后生成NH4HCO3，NH4HCO3受熱分解，造成CO2脫除效率降低；（3）考查化學(xué)平衡的計(jì)算、勒夏特列原理，①根據(jù)反應(yīng)機(jī)理，整個(gè)過(guò)程中加入物質(zhì)是CO2和H2，生成的是CH4和H2O，因此反應(yīng)方程式為CO2+4H2CH4+2H2O；Mg為＋2價(jià)，H為＋1價(jià)，O為－2價(jià)，因此表現(xiàn)－2價(jià)的中間體為MgOCH2；② CO2+4H2CH4+2H2O

平衡： 0.2 0.8 0.8 1.6

變化：0.8 3.2 0.8 1.6

起始：1 4 0 0，CO2的轉(zhuǎn)化率為0.8/1×100%=80%；根據(jù)平衡常數(shù)的定義，K==25；③A、正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)I是向正反應(yīng)方向進(jìn)行，溫度升高，化學(xué)速率快，反應(yīng)II是向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，向吸熱反應(yīng)方向進(jìn)行，溫度降低，化學(xué)反應(yīng)速率變緩，故A錯(cuò)誤；B、反應(yīng)I向正反應(yīng)方向進(jìn)行，溫度升高，容器為恒容絕熱，對(duì)向正反應(yīng)方向進(jìn)行起到抑制，因此兩個(gè)容器中CH4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，故B錯(cuò)誤；C、根據(jù)B選項(xiàng)分析，故C正確；D、如果容器是恒溫恒容，則CO2的轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)II中CH4的轉(zhuǎn)化率之和為1，因?yàn)槭呛闳萁^熱容器，轉(zhuǎn)化率都要降低，因此兩者轉(zhuǎn)化率的和小于1，故D正確。

點(diǎn)睛：本題的難點(diǎn)是（3）③，學(xué)生沒(méi)有注意到容器是恒容絕熱，造成錯(cuò)選，絕熱是容器與外界無(wú)熱量的交換，像A選項(xiàng)，容器I正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，向正反應(yīng)方向進(jìn)行，溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率增大，容器II，是向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，是向吸熱反應(yīng)方向進(jìn)行，溫度降低，化學(xué)反應(yīng)速率變緩，因此平時(shí)做題時(shí)，讀題要找到重點(diǎn)。

【題型】綜合題
【結(jié)束】
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【題目】氫能作為理想的清潔能源之一，已經(jīng)受到世界各國(guó)的普遍關(guān)注。氫的存儲(chǔ)是氫能應(yīng)用的主要瓶頸，目前所采用或正在研究的主要儲(chǔ)氫方法有：配位氫化物儲(chǔ)氫、碳質(zhì)材料儲(chǔ)氫、合金儲(chǔ)氫、多孔材料儲(chǔ)氫等。

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）氨硼烷( NH3BH3)是一種潛在的儲(chǔ)氫材料，它可由六元環(huán)狀化合物(HB=NH)3通過(guò)3CH4+2(HB=NH)3+6H2O=3CO2+6H3BNH3制得。

①B、C、N、O第一電離能由大到小的順序?yàn)?/span>_____________，CH4、H2O、CO2鍵角由大到小的順序?yàn)?/span>_________________。

②1個(gè)(HB=NH)3分子中有______個(gè)σ鍵。與(HB=NH)3互為等電子體的分子為________(填分子式)。

③反應(yīng)前后碳原子的雜化軌道類(lèi)型分別為__________、____________。

④氨硼烷在高溫下釋放氫后生成的立方氮化硼晶體具有類(lèi)似金剛石的結(jié)構(gòu)，但熔點(diǎn)比金剛石低，原因是___________________________。

（2）一種儲(chǔ)氫合金由鎳和鑭(La)組成，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。

①Ni 的基態(tài)原子核外電子排布式為_______________。

②該晶體的化學(xué)式為_______________。

③該晶體的內(nèi)部具有空隙，且每個(gè)晶胞的空隙中儲(chǔ)存6個(gè)氫原子比較穩(wěn)定。已知：a=m pm，c=n pm；標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣的密度為ρg·cm-3；阿伏加德羅常數(shù)的值為NA。若忽略吸氫前后晶胞的體積變化，則該儲(chǔ)氫材料的儲(chǔ)氫能力為______________。 (儲(chǔ)氫能力=)

Answer 1

【答案】 N>O>C>B CO2>CH4>H2O 12 C6H6 sp3 sp B—N鍵的鍵長(zhǎng)大于C—C鍵的，鍵能小于C—C鍵的(指出鍵長(zhǎng)或鍵能關(guān)系均給分) 1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2 LaNi5 （或）

【解析】（1）考查第一電離能的規(guī)律、鍵角的大小、化學(xué)鍵數(shù)目的判斷、雜化類(lèi)型的判斷，晶體熔沸點(diǎn)高低的判斷，①同周期從左向右第一電離能增大，但IIA>IIIA，VA>VIA，因此第一電離能大小順序是N>O>C>B；CH4的鍵角是109°28′，H2O的鍵角是105°，CO2的鍵角是180°，順序是CO2>CH4>H2O；②成鍵原子間只能形成一個(gè)σ鍵，(HB=NH)3為六元環(huán)狀化合物，因此1個(gè)(HB=NH)3中含有σ鍵個(gè)數(shù)為12個(gè)；根據(jù)等電子體的概念以及(HB=NH)3為六元環(huán)狀化合物，推出等電子體的分子為C6H6；③反應(yīng)前C為sp3雜化，反應(yīng)后碳原子為sp雜化；③立方氮化硼晶體具有類(lèi)似金剛石的結(jié)構(gòu)，即立方氮化硼晶體為原子晶體，比較原子晶體熔沸點(diǎn)通過(guò)鍵長(zhǎng)、鍵能考慮，B—N鍵的鍵長(zhǎng)大于C—C鍵的，鍵能小于C—C鍵，因此立方氮化硼的熔沸點(diǎn)低于金剛石；（2）考查電子排布式、晶胞的計(jì)算，①Ni位于第四周期VIII族，28號(hào)元素，Ni的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2；②La位于頂點(diǎn)，個(gè)數(shù)為8×1/8=1，Ni位于面上和體心，個(gè)數(shù)為8×1/2＋1=5，化學(xué)式為LaNi5；③氫氣的質(zhì)量為g，晶胞的體積為(m×10－10×m×10－10×n×10－10×sin60°)cm3，則儲(chǔ)氫后氫氣的密度為g/cm3，因此儲(chǔ)氫材料故的儲(chǔ)氫能力為（或）。