Question

【題目】研究CO2的利用對(duì)促進(jìn)低碳社會(huì)的構(gòu)建具有重要的意義。

（1）在一定條件下將CO2和H2轉(zhuǎn)化為甲醇蒸氣和水蒸氣的相關(guān)反應(yīng)有：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=+41kJ/mol

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2=-90kJ/mol

則由CO2和H2轉(zhuǎn)化為甲醇蒸氣和水蒸氣的熱化學(xué)方程式為_________________。

（2）在一定溫度下，向2L固定容積的密閉容器中通入2molCO2、3molH2，發(fā)生反應(yīng)CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H3<0。測(cè)得CO2(g)和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間變化如圖所示。

①能說明該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是________。

A.CO2的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變

B.體系中n(CO2)/n(H2)=1：1，且保持不變

C.混合氣體的密度不隨時(shí)間變化

D.單位時(shí)間內(nèi)有n molH-H鍵斷裂，同時(shí)又n mol O-H鍵生成

②下列措施能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的是_________。

A.升高溫度 B.恒溫恒容充入He(g)

C.使用高效催化劑 D.恒溫恒容下，再充入2molCO2、3molH2

③計(jì)算該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_____(L/mol)2；若使K的值變?yōu)?，則應(yīng)采取的措施是_______。

A.增大壓強(qiáng) B.恒壓加入一定量H2 C.降低溫度 D.升高溫度

（3）捕捉CO2可以利用Na2CO3溶液。用100mL 0.1mol/LNa2CO3溶液完全捕捉224mL（已換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況，溶液體積變化忽略不計(jì)）CO2氣體，所得溶液中：

①c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3)=_________mol/L（填數(shù)字）。

②c(HCO3-)+2c(CO32-)=____________（用相關(guān)離子濃度表示）。

Answer 1

【答案】 CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　 △H＝－49 kJ/mol AB D 0.198（L/mol）2 C 0.2 c( Na＋)＋c(H＋)－c(OH－)

【解析】（1）已知：

① CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H1=+41kJ/mol

② CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2=-90kJ/mol

則根據(jù)蓋斯定律可知①+②即得到由CO2和H2轉(zhuǎn)化為甲醇蒸氣和水蒸氣的熱化學(xué)方程式為CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　 △H＝－49 kJ/mol。

（2）①A．未平衡CO2的體積分?jǐn)?shù)是個(gè)變量，混合氣體CO2的體積分?jǐn)?shù)保持不變，說明已經(jīng)平衡了，A正確；B．未平衡時(shí)體系中n(CO2)/n(H2)是變量，當(dāng)二者的濃度之比保持不變時(shí)說明已經(jīng)達(dá)平衡狀態(tài)，B正確；C．密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應(yīng)過程中質(zhì)量和容積始終是不變的，所以密度始終不變，因此不能說明，C錯(cuò)誤；D.單位時(shí)間內(nèi)有n molH-H鍵斷裂，同時(shí)又n mol O-H鍵生成均表示正反應(yīng)速率，不能說明，D錯(cuò)誤；答案選AB；②A．升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，故比值減小，A錯(cuò)誤；B．恒溫恒容下充入He（g），平衡不移動(dòng)，故比值不變，B錯(cuò)誤；C．使用高效催化劑，平衡不移動(dòng)，故比值不變，C錯(cuò)誤；D．恒溫恒容再充入2molCO2和3molH2，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，故比值變大，D正確；答案選D；③根據(jù)方程式可知

CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　

初始濃度（mol/L） 1 1.5 0 0

變化濃度（mol/L） 0.25 0.75 0.25 0.25

平衡濃度（mol/L） 0.75 0.75 0.25 0.25

所以平衡常數(shù)K=0.25×0.25/(0.75×0.753) ≈0.198；平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，只有通過改變溫度，來改變平衡常數(shù)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，K值變大，答案選C；

（3）①CO2的物質(zhì)的量是0.01mol，二者恰好反應(yīng)生成碳酸氫鈉，濃度是0.2mol/L，則根據(jù)物料守恒可知溶液中c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3)＝0.2mol/L。②根據(jù)電荷守恒可知溶液中c(HCO3-)+2c(CO32-)＝c( Na＋)＋c(H＋)－c(OH－)。