Question

【題目】 CO2的資源化利用一直是化學(xué)家們關(guān)注的重要課題，中科院大連化學(xué)物理研究所設(shè)計(jì)了一種新型多功能復(fù)合催化劑，成功地實(shí)現(xiàn)了CO2直接加氫制取高辛烷值汽油：(反應(yīng)①)，該研究成果被評(píng)價(jià)為“CO2催化轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的突破性進(jìn)展”。

(1)已知?dú)錃獾娜紵裏釣?/span>，若要利用的燃燒熱求a的值，則還需要知道一個(gè)反應(yīng)的，該反應(yīng)是________________________________。反應(yīng)①在一定條件下具有自發(fā)性，則a_______________0(填“>”或“<”)。

(2)向某密閉容器中按一定投料比充入、，控制條件使其發(fā)生反應(yīng)：。測(cè)得的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)之間的關(guān)系如圖1所示：

則X表示______________，___________(填“>”或“<”)。欲提高的平衡轉(zhuǎn)化率并提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量，可采取的措施是______________________(填兩種)。

(3)控制一定溫度、催化劑，按不同投料比將反應(yīng)物通入到某密閉容器中，測(cè)得平衡時(shí)的百分含量與投料比之間的關(guān)系如圖2所示，則____________。

(4)在釕-銠雙金屬催化劑的作用下，CH3OH、CO2、H2可高效地轉(zhuǎn)化為乙酸，反應(yīng)方程式為。一定溫度下，向某剛性容器中通入等物質(zhì)的量的三種原料氣，測(cè)得體系中的總壓強(qiáng)與時(shí)間的關(guān)系如下表所示：

t/min	0	5	10	15	20	25	30
p/kPa	3	2.7	2.5	2.35	2.26	2.2	2.2

則反應(yīng)開(kāi)始到達(dá)到平衡的過(guò)程中，____________________________。

(5)碳捕捉技術(shù)的發(fā)展也有利于CO2在資源應(yīng)用方面得到充分利用。常溫下，若某次用NaOH溶液捕捉空氣中的CO2所得溶液的pH=10，并測(cè)得溶液中，則_____________。

Answer 1

【答案】 < 壓強(qiáng) < 增大壓強(qiáng)、增大 3.2 0.032 80

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律分析；當(dāng)△G=△H-T△S<0時(shí)反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行；

(2)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，若X為溫度，隨溫度升高平衡逆向移動(dòng)，氫氣的轉(zhuǎn)化率應(yīng)減小，與圖形不符，所以X為壓強(qiáng)，Y為溫度；

(4)剛性容器中，氣體的分壓之比等于物質(zhì)的量之比，所以可以把壓強(qiáng)等效為物質(zhì)的量來(lái)進(jìn)行計(jì)算，所以不妨設(shè)初始投料為CH3OH、CO2、H2均為1mol，則平衡時(shí)氣體的總物質(zhì)的量為2.2mol，設(shè)平衡時(shí)三種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量為x，則列三段式有

則有3(1-x)+2x=2.2mol，解得x=0.8mol。

(1)表示氫氣燃燒熱的熱化學(xué)方程式為H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H ②；

又已知反應(yīng) ①；

①-②×16可得反應(yīng)，根據(jù)蓋斯可知若再知道該反應(yīng)的焓變，即可求反應(yīng)①的焓變；當(dāng)△G=△H-T△S<0時(shí)反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，該反應(yīng)為氣體減少的反應(yīng)，所以△S<0，若要滿足△H-T△S<0則△H必須小于0；

(2)根據(jù)分析可知X表示壓強(qiáng)，Y表示溫度，相同壓強(qiáng)下，溫度越高氫氣的轉(zhuǎn)化率越小，所以Y1<Y2；增大二氧化碳的濃度可以使平衡正向移動(dòng)，且反應(yīng)速率增大，單位時(shí)間內(nèi)C5H12(l)的產(chǎn)率增大；該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，縮小體積增大壓強(qiáng)也可以使平衡正向移動(dòng)，同時(shí)增大反應(yīng)速率；降低溫度、及時(shí)移走生成物雖然能使平衡正向移動(dòng)，但會(huì)使反應(yīng)速率減小，綜上所述可以采取的措施有增大壓強(qiáng)、增大；

(3)對(duì)于可逆反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)物的投料比與計(jì)量數(shù)之比相等時(shí)，產(chǎn)物的平衡百分含量最大，所以n0==3.2；

(4)根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知25min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，結(jié)合分析可知該時(shí)段內(nèi)△p(CO2)=0.8kPa，所以v(CO2)==0.032kPa/min；結(jié)合分析可知平衡時(shí)p(CO2)= p(CH3OH)= p(H2)=0.2kPa；p(H2O)= p(CH3COOH)=0.8kPa，所以Kp==80kPa-1；

(5)Ka2(H2CO3)=，時(shí)，pH=10，即c(H+)=10-10mol/L，所以Ka2(H2CO3)=0.5×10-10=5×10-11。