Question

【題目】基于新材料及3D打印技術(shù)，科學(xué)家研制出一種微膠囊吸收劑能將工廠排放的CO2以更加安全、廉價和高效的方式處理掉，球形微膠囊內(nèi)部充入Na2CO3溶液，其原理如圖所示。

（1）這種微膠囊吸收CO2的原理是_____________(用離子方程式解釋)，此過程是_______（填“吸收”或“放出”）能量的過程。

（2）在吸收過程中關(guān)于膠囊內(nèi)溶液下列說法正確的是_____________。

a.吸收前溶液中c(Na＋)>c(CO32－)>c(HCO3－)>c(OH－)>c(H＋)

b.吸收過程中，體系中所有的含碳微粒是CO32－、HCO3－、H2CO3

c.當(dāng)n(CO2)：n(Na2CO3)＝1:3時，溶液中c(CO32－)<c(HCO3－)

d.溶液中始終有c(Na＋)＋c(H＋)＝2c(CO32－)＋c(HCO3－)＋c(OH－)

（3）將吸收的CO2催化加氫可制得乙烯。

已知：2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g)△H＝－127.8 kJ/mol，如圖曲線a表示在體積為2 L的恒容容器中，投料為1 mol CO2和3 mol H2時，測得溫度對CO2的平衡轉(zhuǎn)化率的影響，改變投料比測量后得到曲線b。

①根據(jù)曲線a計算250℃時該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K＝_____________（帶入數(shù)值列出計算式即可）

②b條件下投料比n(H2)/n(CO2)______3（填“＞”、“＜”或“＝”），判斷依據(jù)是____________________________

③下列說法正確的是_____________。

a.平衡常數(shù)大�。�M=M1> N

b.其他條件不變，b條件時增加催化劑用量，則250℃時CO2的平衡轉(zhuǎn)化率可能達到M

c.當(dāng)壓強、混合氣體的密度或n(H2)/n(CO2)不變時均可視為化學(xué)反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)

d.工業(yè)生產(chǎn)中采取較高溫度（250 ℃左右）是為了提高催化劑活性加快反應(yīng)速率。

Answer 1

【答案】CO2＋H2O＋CO32－＝2HCO3－ 放出 cd 0.125×0.54/(0.252×0.756) ＜ 其它條件不變時，增加H2的濃度，可以提高CO2的轉(zhuǎn)化率 ad

【解析】

(1)根據(jù)二氧化碳與碳酸鈉溶液反應(yīng)分析；

(2)根據(jù)鹽類水解法原理結(jié)合物料守恒和電荷守恒關(guān)系判斷；

(3)結(jié)合圖像進行分析，可以得到CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的關(guān)系，也可以得到催化效率隨溫度變化的關(guān)系，具體分析即可；

(1) CO2被碳酸鈉溶液吸收發(fā)生的反應(yīng)為CO2＋ H2O＋ Na2CO3＝2NaHCO3，離子方程式為CO2＋H2O＋CO32－＝2HCO3－；由圖可知解吸過程為吸熱過程，則吸收CO2過程為放出熱量的過程；

(2) a.吸收前溶液中，由于CO32－水解，溶液呈堿性，離子大小順序為c(Na＋)>c(CO32－)>c(OH－)>c(HCO3－)> c(H＋)，故a項錯誤；

b.吸收過程中，體系中所有的含碳微粒是CO32－、HCO3－、H2CO3以及溶解的CO2分子，故b項錯誤；

c.當(dāng)n(CO2)：n(Na2CO3)＝1:3時，由反應(yīng)式CO2＋H2O＋CO32－＝2HCO3－可知，吸收1mol CO2要消耗1molCO32－，同時生成2molHCO3－，剩余2mol CO32－，溶液中生成的HCO3－與未反應(yīng)的CO32－物質(zhì)的量相等，但由于CO32－水解程度大于HCO3－，則c(CO32－)<c(HCO3－)，故c項正確；

d.根據(jù)電荷守恒，溶液中始終有c(Na＋)＋c(H＋)＝2c(CO32－)＋c(HCO3－)＋c(OH－)，故d項正確；

綜上，本題選cd；

(3) ①250℃時，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則平衡時c(CO2)=0.25mol/L、c(H2)=0.75mol/L 、c(C2H4) =0.125mol/L 、c(H2O)=0.5mol/L，故K=0.125×0.54/(0.252×0.756)；

②由題可知，其它條件不變時，增加H2的濃度，可以提高CO2的轉(zhuǎn)化率，故b條件下投料比n(H2)/n(CO2)<3；

③a.平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變平衡常數(shù)不變，則：M=M1，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度K變小，M1> N，故平衡常數(shù)大�。�M=M1> N，a項正確；

b.加入催化劑，反應(yīng)速率加快，平衡不移動，故b項錯誤；

c.恒容容器中，反應(yīng)物和生成物均為氣體，氣體質(zhì)量不變，容器體積不變，故密度恒為定值，不能作為是否達到平衡的判斷依據(jù)，故c項錯誤；

d.由圖可知，催化劑催化效率隨溫度升高先增大后降低，溫度為250 ℃左右時，催化效率最高，則工業(yè)生產(chǎn)中采取較高溫度是為了提高催化劑活性加快反應(yīng)速率，故d項正確；

綜上，本題選ad。