【題目】研究表明:豐富的CO2可以作為新碳源,解決當前應用最廣泛的碳源(石油和天然氣)枯竭危機,同時又可緩解由CO2累積所產(chǎn)生的溫室效應,實現(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方程式為_____________________________

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

A.減小壓強 B.增大H2濃度 C.加入適當催化劑 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。現(xiàn)在10L恒容密閉容器中投入1molCO2和2.75molH2,發(fā)生反應:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。在不同條件下測得平衡時甲醇的物質的量隨溫度、壓強的變化如圖所示:

①能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的是_______(填字母)。

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

C.容器內(nèi)氣體的密度不再改變 d.容器內(nèi)壓強不再改變

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

③經(jīng)測定知Q點時容器的壓強是反應前壓強的9/10,則Q點H2的轉化率為____________。

④N點時,該反應的平衡常數(shù)K=______(計算結果保留兩位小數(shù))。

(3)用生石灰吸收CO2可生成難溶電解質CaCO3,其溶度積常數(shù)Ksp=2.8×10-9,F(xiàn)有一物質的量濃度為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。

【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)兩個反應方程式消去CO,整理并計算反應的△H,正確答案:

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

②減小壓強,各物質的濃度減少,平衡左移,CO2的轉化率降低,反應速率減慢,A錯誤;增大H2濃度,平衡右移,濃度增大,速率加快,CO2的轉化率增大,B正確;加入適當催化劑,能夠加快反應速率,但是平衡不動,CO2的轉化率不變,C錯誤;分離出水蒸氣,減少生成物濃度,速率減慢,但是平衡右移,CO2的轉化率增大,D錯誤;正確選項B。

(2)①c(H2):c(CH3OH)=3:1 這僅僅是是反應的過程中一種情況,無法判定反應是否達平衡狀態(tài),a錯誤;容器內(nèi)氫氣的體積分數(shù)不再改變,可以判斷反應達平衡狀態(tài),b正確;反應前后氣體的總質量不變,容器的體積恒定,容器內(nèi)氣體的密度恒為定值,無法判定反應達到化學平衡狀態(tài),C錯誤;該反應為氣體的總量減少的反應,當容器氣體的總量不再發(fā)生變化,容器內(nèi)的壓強也不再改變,可以判定反應達到化學平衡狀態(tài),d正確;正確選項:bd。

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

③設二氧化碳的消耗量為xmol,根據(jù)方程式進行計算如下:

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

反應后氣體總量為1-x+2.75-3x+x+x=(3.75-2x)mol,反應前氣體總量為1+2.75=3.75 mol,根據(jù)壓強比等于物質的量之比:(3.75-2x)/3.75=9/10, x=0.1875 mol, Q點H2的轉化率為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,反應進行到506℃,達平衡狀態(tài),對應M點時,甲醇的量為0.25mol,進行如下計算:

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, 該反應的平衡常數(shù)K=(0.025)2/(0.23×0.075)= 1.04 ;由于N M處于同一溫度下的不同曲線上兩點,所以平衡常數(shù)相同,正確答案:1.04。

(3)設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

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簡述定容的過程:_______________________________。

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b.用“左碼右物”的稱量方法稱量晶體

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K=1.75×10-5

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K2=5.61×10-11

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