Question

【題目】“綠色”和“生態(tài)文明”是未來的發(fā)展主題，而CO2的有效利用可以緩解溫室效應(yīng)，解決能源短缺問題。

(1)CO2與CH4經(jīng)催化重整，制得合成氣：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H

已知：反應(yīng)1 CH4(g)═C(s)+2H2(g) △H1= +75kJ/mol

反應(yīng)2 2CO(g)═C(s)+CO2(g) △H2=－172kJ/mol

則該催化重整反應(yīng)的△H=___kJmol-1。

(2)有科學(xué)家提出可利用FeO吸收CO2：6FeO(s)+CO2(g)2Fe3O4(s)+C(s)，對該反應(yīng)的描述正確的是__。

A.增大FeO的投入量，利于平衡正向移動

B.壓縮容器體積，可增大CO2的轉(zhuǎn)化率，c(CO2)減小

C.恒溫恒容下，氣體的密度不變可作為平衡的標(biāo)志

D.恒溫恒壓下，氣體摩爾質(zhì)量不變可作為平衡的標(biāo)志

E.若該反應(yīng)的△H﹤0，則達(dá)到化學(xué)平衡后升高溫度，CO2的物質(zhì)的量會增加

(3)為研究CO2與CO之間的轉(zhuǎn)化，讓一定量的CO2與足量碳在體積可變的密閉容器中反應(yīng)：C(s)+CO2(g)2CO(g) H，測得壓強、溫度對CO的體積分?jǐn)?shù)[φ(CO)%]的影響如圖所示，回答下列問題：

①圖中p1、p2、p3的大小關(guān)系是______，圖中a、b、c三點對應(yīng)的平衡常數(shù)Ka、Kb、Kc的大小關(guān)系是______。

②900℃、1.013MPa時，1molCO2與足量碳反應(yīng)達(dá)平衡后容器的體積為VL，CO2的轉(zhuǎn)化率為___（保留一位小數(shù)），該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝___。

③將②中平衡體系溫度降至640℃，壓強降至0.1013MPa，重新達(dá)到平衡后CO2的體積分?jǐn)?shù)為50%。條件改變時，正反應(yīng)速率______逆反應(yīng)速率(填“>”、“<”或“=”)。

(4)在NaOH溶液中通入一定量的CO2氣體，所得溶液中c(HCO3-)：c(CO32-)=4：1，此時溶液pH=______。（已知：室溫下，H2CO3的k1=4×10-7，k2=5×10-11。lg2=0.3）

Answer 1

【答案】+247 CE p1<p2<p3 Ka=Kb<Kc 66.7% < 9.7

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律，將已知的兩個熱化學(xué)方程式疊加，可得催化重整的熱化學(xué)方程式的反應(yīng)熱；

(2)根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征及外界條件對化學(xué)平衡移動的影響分析判斷；

(3)①反應(yīng)C(s)+CO2(g)2CO(g)是氣體分子數(shù)增多的反應(yīng)，隨著反應(yīng)進(jìn)行，體系壓強增大；化學(xué)平衡常數(shù)只隨溫度的改變而改變；

②900℃、1.013MPa時，平衡時CO的體積分?jǐn)?shù)為80%，計算CO2轉(zhuǎn)化的量，轉(zhuǎn)化率就是轉(zhuǎn)化的量與起始量比值的百分?jǐn)?shù)，將各組分的平衡濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式計算化學(xué)平衡常數(shù)；

③根據(jù)改變條件前后CO2的體積分?jǐn)?shù)的變化判斷，根據(jù)反應(yīng)商判斷化學(xué)反應(yīng)的方向；

(4)所得溶液c(HCO3-)：c(CO32-)=4：1，根據(jù)K2==5×10-11，計算c(H+)，再根據(jù)pH=-lgc(H+)計算溶液pH。

(1)①CH4(g)═C(s)+2H2(g) △H1= +75kJ/mol

②2CO(g)═C(s)+CO2(g) △H2=－172kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，將熱化學(xué)方程式①-②，整理可得：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H=+(75+172)kJ/mol=+247kJ/mol；

(2) A.FeO是固體，增大FeO的投入量，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動，A錯誤；

B.該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，壓縮容器體積，即增大壓強，化學(xué)平衡向氣體體積減小的正反應(yīng)方向移動，最終達(dá)到平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率增大，但平衡移動的趨勢是微弱的，不能抵消。又由于壓縮體積導(dǎo)致的物質(zhì)的濃度增大，因此平衡時c(CO2)增大，B錯誤；

C.恒溫恒容時，氣體的質(zhì)量是變量，容器的容積不變，氣體的密度也為變量，若氣體密度不變，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，因此可作為平衡的標(biāo)志，C正確；

D.反應(yīng)混合物中只有CO2為氣體，恒溫恒壓下，氣體摩爾質(zhì)量始終不變，因此不可作為平衡的標(biāo)志，D錯誤；

E.若該反應(yīng)的△H﹤0，則達(dá)到化學(xué)平衡后，若升高溫度，化學(xué)平衡逆向移動，最終達(dá)到平衡時CO2的物質(zhì)的量會增加，E正確；

故合理選項是CE；

(3)①反應(yīng)C(s)+CO2(g)2CO(g)是氣體體積增大的反應(yīng)，隨著反應(yīng)進(jìn)行，體系壓強增大。減小壓強有助于化學(xué)平衡正向移動，表明壓強低時對應(yīng)著的CO體積分?jǐn)?shù)較高，則p1、p2、p3的大小關(guān)系是：p1<p2<p3；

化學(xué)平衡常數(shù)只隨溫度的改變而改變，在壓強不變時，升高溫度，CO含量增大，說明升高溫度，化學(xué)平衡正向移動，化學(xué)平衡常數(shù)增大，因此a、b、c三點對應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系是：Ka=Kb<Kc；

②900℃、1.013MPa時，設(shè)反應(yīng)轉(zhuǎn)化的CO2的物質(zhì)的量為xmol，則平衡時n(CO)=2x，n(CO2)=1-x，根據(jù)圖象可知平衡時CO的體積分?jǐn)?shù)為80%，則×100%=80%，解得x=，所以CO2的轉(zhuǎn)化率為：×100%=66.7%；

平衡時各種氣體的濃度，c(CO)=，c(CO2)=，所以根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的含義，可得此時反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=；

③反應(yīng)C(s)+CO2(g)2CO(g)的正反應(yīng)是氣體分子數(shù)增大的吸熱反應(yīng)，降低壓強，升高溫度均有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，所以將②中平衡體系溫度降至640℃，壓強降至0.1013 MPa，降低溫度減小壓強，使正、逆反應(yīng)速率均減小，重新達(dá)到平衡后CO2的體積分?jǐn)?shù)為50%，設(shè)反應(yīng)轉(zhuǎn)化的CO2的物質(zhì)的量為ymol，則平衡時n(CO2)=1-y，n(CO)=2y，則：=50%，解得y=mol<mol，可見重新達(dá)到平衡時，體系中CO含量降低，CO2含量升高，即化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以v(正)<v(逆)；

(4)所得溶液c(HCO3-)：c(CO32-)=4：1，由于K2==5×10-11，則c(H+)=2.0×10-10，所以溶液的pH=-lgc(H+)=10-0.3=9.7。