Question

【題目】CO2既是溫室氣體，也是重要的化工原料，二氧化碳的捕捉和利用是我國(guó)能源領(lǐng)域的一個(gè)重要戰(zhàn)略方向。

（1）用活性炭還原法可以處理汽車尾氣中的氮氧化物，某研究小組向某密閉容器加入足量的活性炭和一定量的NO，發(fā)生反應(yīng)C(s)+ 2NO(g) N2(g)+CO2(g) △H，在T1℃時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時(shí)間測(cè)得各物質(zhì)的量濃度如下：

濃度/(mol/L)/\時(shí)間/min	0	10	20	30	40
NO	2.0	1.16	0.40	0.40	0.6
N2	0	0.42	0.80	0.80	1.2
CO2	0	0.42	0.80	0.80	1.2

①根據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析T1℃時(shí)，該反應(yīng)在0～10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(N2)＝____________mol·L-1·min-1；計(jì)算該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝_____________。

②若30min后只改變某一條件，據(jù)上表中的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是____________（填字母編號(hào)）。

A.加入合適的催化劑 B.適當(dāng)縮小容器的體積

C.通入一定量的NO 　 D.加入一定量的活性炭

③若30min后升高溫度至T2℃，達(dá)到平衡時(shí)，容器中NO、N2、CO2的濃度之比為2：3：3，則達(dá)到新平衡時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率___________（填“升高”或“降低”），△H______0（填“>”或“<”）。

（2）工業(yè)上用CO2和H2反應(yīng)合成二甲醚。已知：

CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) △H1＝-49.1 kJ·mol－1

2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) △H2＝-24.5 kJ·mol－1

寫出CO2(g)和H2(g)轉(zhuǎn)化為CH3OCH3(g)和H2O(g)的熱化學(xué)方程式_______________。

（3）二甲醚燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化率高、電量大的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，一種二甲醚氧氣電池（電解質(zhì)為KOH溶液）的負(fù)極反應(yīng)式為：_________________________。

（4）常溫下，用NaOH溶液作CO2捕捉劑不僅可以降低碳排放，而且可得到重要的化工產(chǎn)品Na2CO3。

①若某次捕捉后得到pH=10 的溶液，則溶液中c(CO32-)∶c(HCO3-)=_______________。[常溫下K1(H2CO3-7、 K2(H2CO3)=5×10-11]。

②欲用2LNa2CO3溶液將4.66gBaSO4 固體全都轉(zhuǎn)化為BaCO3，則所用的Na2CO3溶液的物質(zhì)的量濃度至少為__________________________。[已知：常溫下Ksp(BaSO4)=1×10-11，Ksp(BaCO3)=1×10-10]。（忽略溶液體積的變化）

Answer 1

【答案】 0.042 4.0 BC 降低 < 2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g) △H＝－122.7 kJ·mol-1 CH3OCH3 －12e- + 16OH- = 2CO32- + 11H2O 1：2或0.5 0.11mol/L

【解析】試題分析：本題考查化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響，蓋斯定律的應(yīng)用，燃料電池電極反應(yīng)式的書寫，電離平衡常數(shù)的計(jì)算，與溶度積有關(guān)的計(jì)算。

（1）①在0~10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率υ（N2）=（0.42mol/L-0mol/L）10min=0.042mol/（L·min）。20min~30min各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度不變，說(shuō)明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡，即平衡時(shí)NO、N2、CO2物質(zhì)的量濃度依次為0.40mol/L、0.80mol/L、0.80mol/L，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=[c（N2）·c（CO2）]/c2（NO）==4。

②30min后改變一個(gè)條件，40min時(shí)NO、N2、CO2的濃度都變?yōu)?/span>30min時(shí)的1.5倍。A項(xiàng)，加入合適的催化劑，平衡不移動(dòng)，各物質(zhì)物質(zhì)的量濃度不變，不可能；B項(xiàng)，適當(dāng)縮小容器的體積，平衡不移動(dòng)，但各物質(zhì)物質(zhì)的量濃度成比例增大，可能；C項(xiàng)，通入一定量的NO，由于C是固體，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡不移動(dòng)，但各物質(zhì)物質(zhì)的量濃度成比例增大，可能；D項(xiàng)，加入一定量的活性炭，由于C是固體，平衡不移動(dòng)，各物質(zhì)物質(zhì)的量濃度不變，不可能；答案選BC。

③30min時(shí)NO、N2、CO2的濃度之比為0.40：0.80：0.80=1:2:2，升高溫度NO、N2、CO2的濃度之比為2：3：3，即升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則達(dá)到新平衡時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率降低，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，ΔH0。

（2）將反應(yīng)編號(hào)，

CO2（g）＋3H2（g） CH3OH（g）＋H2O（g） ΔH1＝-49.1 kJ·mol－1（①式）

2CH3OH（g） CH3OCH3（g）＋H2O（g） ΔH2＝-24.5 kJ·mol－1（②式）

應(yīng)用蓋斯定律，①式2+②式得2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）ΔH=2ΔH1+ΔH2=2（-49.1kJ/mol）+（-24.5kJ/mol）=-122.7kJ/mol，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）ΔH=-122.7kJ/mol。

（3）二甲醚氧氣電池中電解質(zhì)為KOH溶液，負(fù)極二甲醚被氧化成CO32-，1mol二甲醚失去12mol電子，負(fù)極反應(yīng)式為CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O。

（4）①H2CO3的電離方程式為H2CO3H++HCO3-、HCO3-H++CO32-，K2（H2CO3）=[c（H+）·c（CO32-）]/c（HCO3-），則c（CO32-）：c（HCO3-）= K2（H2CO3）/c（H+）=510-11（110-10）=1:2。

②n（BaSO4）==0.02mol，沉淀轉(zhuǎn)化的離子方程式為BaSO4（s）+CO32-（aq）BaCO3（s）+SO42-（aq），該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=c（SO42-）/c（CO32-）=Ksp（BaSO4）/Ksp（BaCO3）=110-11（110-10）=0.1；根據(jù)離子方程式，當(dāng)BaSO4固體全部轉(zhuǎn)化時(shí)消耗CO32-物質(zhì)的量為0.02mol，生成的SO42-物質(zhì)的量為0.02mol，溶液中c（SO42-）=0.02mol2L=0.01mol/L，溶液中c（CO32-）= c（SO42-）/K=0.01mol/L0.1=0.1mol/L；所用Na2CO3物質(zhì)的量濃度至少為0.02mol2L+0.1mol/L=0.11mol/L。