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�，F(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

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

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.加入合適的催化劑 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，在不同條件下測(cè)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。若在 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）。

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(cè)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) CO2的轉(zhuǎn)化率為___。

④M 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。現(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（g）+6H2（g）C2H4（g）+4H2O（g）△H=-127.9kJ/mol B BD < > 18.75% 1.04 5.6×10-5

【解析】

(1) ①根據(jù)蓋斯定律計(jì)算；

②要加快反應(yīng)速率并提高 CO2 的轉(zhuǎn)化率，可以增大反應(yīng)物H2的濃度，使平衡右移；

(2)①根據(jù)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，混合物中各組分百分含量保持不變以及相關(guān)量不變分析判斷；

②由圖可以知道，壓強(qiáng)一定時(shí)，溫度越高，CH3OH的物質(zhì)的量越小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，溫度一定時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的物質(zhì)的量增大；

③列出三段式，根據(jù)壓強(qiáng)是反應(yīng)前壓強(qiáng)的 9/10，列方程計(jì)算；

④溫度不變平衡常數(shù)不變，圖中M 點(diǎn)時(shí)，容器體積為10L，結(jié)合M點(diǎn)的坐標(biāo)可以知道，M點(diǎn)的CH3OH的物質(zhì)的量為0.25mol，根據(jù)反應(yīng)，列出三段式，再根據(jù) K=計(jì)算；

(3)因QcKsp時(shí),形成沉淀，計(jì)算c(Ca2+)。

(1) ①已知：I.CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H=+41.3kJ/mol

II.2CO（g）+4H2（g）C2H4（g）+2H2O（g）△H=-210.5kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，I2+II可得：2CO2（g）+6H2（g） C2H4（g）+4H2O（g）△H=-127.9kJ/mol，

因此，本題正確答案是：2CO2（g）+6H2（g） C2H4（g）+4H2O（g）△H=-127.9kJ/mol；

②A.正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，低壓有利于逆向進(jìn)行，CO2的轉(zhuǎn)化率減小，故A錯(cuò)誤；

B.增大 H2濃度，平衡正向移動(dòng)，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，故B正確；

C.加入合適的催化劑，可以加快反應(yīng)速率，但不影響平衡移動(dòng)，CO2的轉(zhuǎn)化率不變，故C錯(cuò)誤；

D.分離出水蒸氣，生成物濃度減小，平衡正向移動(dòng)，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，但反應(yīng)速率減小，故D錯(cuò)誤。

因此，本題正確答案是：B；

(2)①A.c(H2):c(CH3OH)=3:1不能說(shuō)明反應(yīng)到平衡；

B.容器內(nèi)氫氣的體積分?jǐn)?shù)不再改變，說(shuō)明混合物中各組分百分含量不變，達(dá)到平衡；

C. 氣體的總質(zhì)量隨著反應(yīng)不變，所以容器內(nèi)氣體的密度一直不變，密度不變不能說(shuō)明反應(yīng)到平衡；

D. 由于氣體總物質(zhì)的量改變，容器內(nèi)壓強(qiáng)改變，所以壓強(qiáng)不變說(shuō)明已達(dá)平衡。

故選BD；

②由圖可以知道，壓強(qiáng)一定時(shí)，溫度越高，CH3OH的物質(zhì)的量越小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，溫度一定時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的物質(zhì)的量增大，故壓強(qiáng)p1 >p2。

因此，本題正確答案是：＜；＞。

③根據(jù)反應(yīng) CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

起始（mol/L）0.1 0.275 0 0

轉(zhuǎn)化（mol/L） x 3x x x

平衡（mol/L）0.1-x 0.275-3x x x

根據(jù)壓強(qiáng)是反應(yīng)前壓強(qiáng)的 9/10，可以列出表達(dá)式=，可以計(jì)算出x=0.01875，

即 CO2的轉(zhuǎn)化率=100%=18.75%，

因此，本題正確答案是：18.75%；

④溫度不變平衡常數(shù)不變，圖中M 點(diǎn)時(shí)，容器體積為10L，結(jié)合M點(diǎn)的坐標(biāo)可以知道，M點(diǎn)的CH3OH的物質(zhì)的量為0.25mol，

根據(jù)反應(yīng) CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

起始（mol/L）0.1 0.275 0 0

轉(zhuǎn)化（mol/L）0.025 0.075 0.025 0.025

平衡（mol/L）0.075 0.2 0.025 0.025

K===1.04，

因此，本題正確答案是：1.04；

(3)因QcKsp時(shí),形成沉淀，c(Ca2+)mol/L=2.810-5mol/L，等體積混合前CaCl2溶液的物質(zhì)的量濃度最小為5.6×10-5mol/L。

因此，本題正確答案是：5.6×10-5。