Question

【題目】研究表明:豐富的CO2可以作為新碳源，解決當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的碳源(石油和天然氣)枯竭危機(jī)，同時(shí)又可緩解由CO2累積所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)CO2的良性循環(huán)。

(1)目前工業(yè)上有一種方法是用CO2加氫合成低碳烯烴。現(xiàn)以合成乙烯(C2H4)為例、該過程分兩步進(jìn)行:

第一步:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H =+41.3kJ·mol-1

第二步:2CO(g)+4H2(g)C2H4(g)+2H2O(g) △H =-210.5kJ·mol-1

①CO2加氫合成乙烯的熱化學(xué)方程式為_____________________________。

②一定條件下的密閉容器中，上述反應(yīng)達(dá)到平衡后，要加快反應(yīng)速率并提高CO2的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是______(填字母)。

A.減小壓強(qiáng) B.增大H2濃度 C.加入適當(dāng)催化劑 D.分離出水蒸氣

(2)另一種方法是將CO2和H2在230℃催化劑條件下生成甲醇蒸氣和水蒸氣�，F(xiàn)在10L恒容密閉容器中投入1molCO2和2.75molH2，發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。在不同條件下測得平衡時(shí)甲醇的物質(zhì)的量隨溫度、壓強(qiáng)的變化如圖所示:

①能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是_______(填字母)。

a.c(H2):c(CH3OH)=3:1 b.容器內(nèi)氫氣的體積分?jǐn)?shù)不再改變

C.容器內(nèi)氣體的密度不再改變 d.容器內(nèi)壓強(qiáng)不再改變

②上述反應(yīng)的△H______0(填“>”或“<”)，圖中壓強(qiáng)p1____p2(填“>”或“<”)。

③經(jīng)測定知Q點(diǎn)時(shí)容器的壓強(qiáng)是反應(yīng)前壓強(qiáng)的9/10，則Q點(diǎn)H2的轉(zhuǎn)化率為____________。

④N點(diǎn)時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=______(計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù))。

(3)用生石灰吸收CO2可生成難溶電解質(zhì)CaCO3，其溶度積常數(shù)Ksp=2.8×10-9�，F(xiàn)有一物質(zhì)的量濃度為2×10-4mol/L純堿溶液，將其與等體積的CaCl2溶液混合，則生成沉淀所需CaCl2溶液的最小濃度為___mol/L。

Answer 1

【答案】2CO2+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g) △H= -127.9 kJ/mol B bd < > 20.5% 1.04 5.6×10-5

【解析】

（1）①根據(jù)兩個(gè)反應(yīng)方程式，消去CO，整理并計(jì)算反應(yīng)的△H，正確答案：

2CO2+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g) △H= -127.9 kJ/mol。

②減小壓強(qiáng)，各物質(zhì)的濃度減少，平衡左移，CO2的轉(zhuǎn)化率降低，反應(yīng)速率減慢，A錯(cuò)誤；增大H2濃度，平衡右移，濃度增大，速率加快，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，B正確；加入適當(dāng)催化劑，能夠加快反應(yīng)速率，但是平衡不動(dòng)，CO2的轉(zhuǎn)化率不變，C錯(cuò)誤；分離出水蒸氣，減少生成物濃度，速率減慢，但是平衡右移，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，D錯(cuò)誤；正確選項(xiàng)B。

(2)①c(H2):c(CH3OH)=3:1 這僅僅是是反應(yīng)的過程中一種情況，無法判定反應(yīng)是否達(dá)平衡狀態(tài)，a錯(cuò)誤；容器內(nèi)氫氣的體積分?jǐn)?shù)不再改變，可以判斷反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，b正確；反應(yīng)前后氣體的總質(zhì)量不變，容器的體積恒定，容器內(nèi)氣體的密度恒為定值，無法判定反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，C錯(cuò)誤；該反應(yīng)為氣體的總量減少的反應(yīng)，當(dāng)容器氣體的總量不再發(fā)生變化，容器內(nèi)的壓強(qiáng)也不再改變，可以判定反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，d正確；正確選項(xiàng)：bd。

②從圖像看出，溫度升高，n（CH3OH）減少，平衡左移，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H<0；當(dāng)溫度不發(fā)生改變，壓強(qiáng)由p2→p1，增大壓強(qiáng)平衡右移，n（CH3OH）增大，所以壓強(qiáng)p1>p2，正確答案：< ； >。

③設(shè)二氧化碳的消耗量為xmol,根據(jù)方程式進(jìn)行計(jì)算如下:

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。

起始量 1 2.75 0 0

變化量 x 3x x x

平衡量 1- x 2.75-3x x x

反應(yīng)后氣體總量為1-x+2.75-3x+x+x=（3.75-2x）mol，反應(yīng)前氣體總量為1+2.75=3.75 mol，根據(jù)壓強(qiáng)比等于物質(zhì)的量之比：（3.75-2x）/3.75=9/10, x=0.1875 mol, Q點(diǎn)H2的轉(zhuǎn)化率為3×0.1875÷2.75×100%= 20.5%，正確答案：20.5%。

④ 10L恒容密閉容器中投入1molCO2和2.75mol,反應(yīng)進(jìn)行到506℃，達(dá)平衡狀態(tài)，對應(yīng)M點(diǎn)時(shí)，甲醇的量為0.25mol，進(jìn)行如下計(jì)算：

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。

起始量 1 2.75 0 0

變化量 0.25 0.75 0.25 0.25

平衡量 0.75 2 0.25 0.25

各物質(zhì)濃度分別為c(CO2)= 0.075 mol/L, c(H2)= 0.2 mol/L , c(CH3OH)= c(H2O)= 0.025 mol/L, 該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=(0.025)2/(0.23×0.075)= 1.04 ；由于N 和M處于同一溫度下的不同曲線上兩點(diǎn)，所以平衡常數(shù)相同，正確答案：1.04。

(3)設(shè)CaCl2溶液的最小濃度為為cmol/L,兩溶液等體混合，溶液的濃度均減半，帶入溶度積常數(shù)Ksp的計(jì)算公式：Ksp= c(Ca2+)c(CO32-)=(c÷2)×(2×10-4÷2)= 2.8×10-9,解之，c=5.6×10-5 mol/L；正確答案：5.6×10-5。