【word版下载】对2024河北高考化学14题(能量与历程题)的赏析

教育   2024-12-16 12:01   河北  

     

   

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(2024河北)14、我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg-CO2电池,以Mg(TFSI)2为电解质,电解液中加入1,3-丙二胺(PDA)以捕获CO2,使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍,同时改善了Mg2+的溶剂化环境,提高了电池充放电循环性能。

回答下列问题。

对上述电池放电时CO2的捕获和转化过程开展了进一步研究,电极上CO2转化的三种可能反应路径及相对能量变化如图(*表示吸附态)

下列说法错误的是      (  )

A.PDA捕获CO2的反应为H2N-CH2CH2CH2-NH2+CO2→ H2N-CH2CH2CH2-NH-COOH

B.路径2是优先路径,速控步骤反应式为*CO*2-+ H2N-CH2CH2CH2-NH-COOH +e-→*C2O42-+ H2N-CH2CH2CH2-NH2

C.路径13经历不同的反应步骤但产物相同;路径23起始物相同但产物不同

D.三个路径速控步骤均涉及*CO*2-转化,路径23的速控步骤均伴有PDA再生

本题要求学生对催化剂的表面吸咐催化原理很了解,对能垒图很了解,对学生的自学能力、观察能力、分析能力和理解能力要求很高。

1、对题干的分析

本题对可充电Mg-CO2电池做了改进设计:

1)用Mg(TFSI)2为电解质,改善了Mg2+的溶剂化环境,提高了电池充放电循环性能。

2)加入1,3-丙二胺(PDA),用来捕获CO2,使放电时CO2还原产物为MgC2O4。原来CO2的产物是COCO32-CO32-进一步生成MgCO3

MgCO3导电性差,释放CO2能力差。

2、对电池图像的分析

箭头表示放电时的转化过程。

1)右侧电极为正极,电极反应为:2CO2+Mg2++2e-=MgC2O4(s)。生成的MgC2O4附着在正极上。充电时阳极(右侧电极)的电极反应为:MgC2O4(s)-2e-=2CO2+Mg2+

2)左侧电极为负极,电极反应为:Mg-2e-= Mg2+。生成的Mg2+进入电解质溶液,电解质Mg(TFSI)2提供传导离子Mg2+向正极移动,隔膜为阳离子交换膜,Mg2+穿过隔膜进入右侧。充电时阴极(左侧电极)的电极反应为:Mg2++2e-=Mg

3、对路径图的分析

  

1)路径1

*CO2+e-=*CO2*-

*CO2*-+e-+*CO2=*CO32-+*CO

*CO32-+Mg2+=* MgCO3

2)路径2

*H2N-CH2CH2CH2-NH-COOH+e--=*CO2*-+ H2N-CH2CH2CH2-NH2

*CO2*-+e-+H2N-CH2CH2CH2-NH-COOH=*C2O42-+H2N-CH2CH2CH2-NH2

*C2O42-+Mg2+=* MgC2O4

*MgC2O4-2e-+2H2N-CH2CH2CH2-NH2=Mg2++2*H2N-CH2CH2CH2-NH-COOH(充电循环)

3)路径3

*H2N-CH2CH2CH2-NH-COOH+e-=*CO2*-+ H2N-CH2CH2CH2-NH2

*CO2*-+e-+*CO2=*CO32-+*CO

*CO32-+Mg2+=* MgCO3

4、对反应进程图的分析

  

反应进程图画得比较乱,需要利用对路径的理解,来看懂这个图。

1)路径1

*CO2→*CO2*-→*CO32-+*CO→* MgCO3

第二个箭头,应该再加入一个*CO2

第三个箭头,左侧只用了*CO32-,然后再加入一个Mg2+

2)路径2

*H2N-CH2CH2CH2-NH-COOH→*CO2*-+H2N-CH2CH2CH2-NH2→*C2O42-→* MgC2O4

第二个箭头,左侧只用了*CO2-,应该再加入一个H2N-CH2CH2CH2-NH-COOH,同时生成一个H2N-CH2CH2CH2-NH2

第三个箭头,应该再加入一个Mg2+

3)路径3

*H2N-CH2CH2CH2-NH-COOH→*CO2*-+H2N-CH2CH2CH2-NH2→*CO32-+*CO→* MgCO3

第二个箭头,左侧只用了*CO2-,应该再加入一个*CO2

第三个箭头,左侧只用了*CO32-,然后再加入一个Mg2+

要求学生在很短的时间内,完成题干的理解,路径的分析和比较,难度较大。


下载方法


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