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℃下開始反應(yīng)。達(dá)到平衡時(shí)，下列說法正確的是___________________(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）。