Question

【題目】CO2是一種廉價(jià)的碳資源，其綜合利用具有重要意義。CO2 可以被NaOH溶液捕獲，其基本過程如下圖所示（部分條件及物質(zhì)未標(biāo)出）。

（1）下列有關(guān)該方法的敘述中正確的是______。

a．能耗大是該方法的一大缺點(diǎn)

b．整個(gè)過程中，只有一種物質(zhì)可以循環(huán)利用

c．“反應(yīng)分離”環(huán)節(jié)中，分離物質(zhì)的基本操作是蒸發(fā)結(jié)晶、過濾

d．該方法可減少碳排放，捕捉到的 CO2還可用來制備各種化工產(chǎn)品

（2）若所得溶液 pH=13，CO2 主要轉(zhuǎn)化為______（寫離子符號）。已知 CS2與 CO2分子結(jié)構(gòu)相似， CS2的電子式是______，CS2熔點(diǎn)高于 CO2，其原因是______。

（3）CO2 與 CH4 經(jīng)催化重整，制得合成氣：CH4（g）+CO2（g）→2CO（g）+2H2（g）-120kJ，補(bǔ)全下圖中 CO2 與 CH4 催化重整反應(yīng)的能量變化示意圖（即，注明生成物能量的大致位置及反應(yīng)熱效應(yīng)數(shù)值）_______________

（4）常溫下，在 2L 密閉容器中，下列能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是______。

a．每消耗 16gCH4 的同時(shí)生成 4gH2

b．容器中氣體的壓強(qiáng)不再改變

c．混和氣體的平均相對分子質(zhì)量不發(fā)生改變

d.容器中氣體的密度不再改變

反應(yīng)進(jìn)行到 10 min 時(shí)，CO2 的質(zhì)量減少了 8.8 g，則 0～10 min 內(nèi)一氧化碳的反應(yīng)速率是______。

（5）按一定體積比加入 CH4 和 CO2，在恒壓下發(fā)生反應(yīng)，溫度對 CO 和 H2 產(chǎn)率的影響如圖所示。此反應(yīng)優(yōu)選溫度為 900℃的原因是______。

Answer 1

【答案】ad CS2與CO2都為分子晶體，CS2的相對分子質(zhì)量大，CS2分子間作用力較大，所以CS2熔點(diǎn)高于CO2 bc 0.02mol/(Lmin) 900℃時(shí)合成氣產(chǎn)率已經(jīng)較高，再升高溫度產(chǎn)率增幅不大，且升高溫度耗能較大，經(jīng)濟(jì)效益降低，溫度低時(shí)合成氣產(chǎn)率降低且反應(yīng)速率降低

【解析】

（1）流程為：用燒堿來吸二氧化碳發(fā)生在捕捉室，生成碳酸鈉與氧化鈣作用發(fā)生在分離室，同時(shí)又生成燒堿，碳酸鈣高溫分解生成氧化鈣和二氧化碳發(fā)生在高溫爐，有兩種物質(zhì)CaO、NaOH循環(huán)，“反應(yīng)分離”環(huán)節(jié)中，應(yīng)該是先過濾，據(jù)此分析解答；

（2）強(qiáng)堿溶液中CO2轉(zhuǎn)化為Na2CO3；CO2是直線型分子，含有兩個(gè)C=O雙鍵，CS2與CO2分子結(jié)構(gòu)相似，所以CS2也是直線型分子，含有兩個(gè)C=S雙鍵，據(jù)此寫出電子式；CS2與CO2分子結(jié)構(gòu)相似，都是分子晶體，結(jié)合分子間作用力分析CS2熔點(diǎn)高于CO2；

（3）CO2與CH4經(jīng)催化重整反應(yīng)為CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)-120kJ，即1molCH4(g)+1molCO2(g)總能量比2molCO(g)+2molH2(g)總能量小120kJ，或2molCO(g)+2molH2(g)總能量比1molCH4(g)+1molCO2(g)總能量高120kJ，據(jù)此作圖；

（4）反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時(shí)要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)，據(jù)此分析判斷；

根據(jù)v=計(jì)算v(CO2)，再根據(jù)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)中CO、CO2的計(jì)量關(guān)系計(jì)算v(CO)；

（5）結(jié)合圖象中溫度對CO和H2產(chǎn)率的影響及CO和H2產(chǎn)率相對較高時(shí)的反應(yīng)條件分析解答。

（1）a、由于高溫反應(yīng)爐中高溫分解碳酸鈣，需要的耗能高，此為該工藝流程的一大缺點(diǎn)，故a正確；

b、由流程可知，“反應(yīng)分離”的氫氧化鈉用于“捕捉室”反應(yīng)，“高溫反應(yīng)爐”生成的CaO用于“反應(yīng)分離”中生成碳酸鈣和氫氧化鈉，所以有CaO與NaOH循環(huán)使用，故b錯(cuò)誤；

c、“反應(yīng)分離”環(huán)節(jié)中，分離的物質(zhì)為碳酸鈣沉淀和氫氧化鈉溶液，可用過濾法分離，故c錯(cuò)誤；

d、該分離過程涉及分離、提純并利用CO2，可以減少碳的排放，捕捉到的CO2還可用來制備其他化工產(chǎn)品，故d正確；

故答案為：ad；

（2）pH=13的強(qiáng)堿溶液中CO2轉(zhuǎn)化為Na2CO3，陰離子為；CO2是直線型分子，含有兩個(gè)C=O雙鍵，CS2與CO2分子結(jié)構(gòu)相似，所以CS2也是直線型分子，含有兩個(gè)C=S雙鍵，寫出的電子式為；CS2與CO2分子結(jié)構(gòu)相似，都是分子晶體，結(jié)合分子間作用力分析CS2熔點(diǎn)高于CO2；CS2與CO2都為分子晶體，由于CS2的相對分子質(zhì)量大，CS2分子間作用力較大，所以CS2熔點(diǎn)高于CO2，

故答案為：；；CS2與CO2都為分子晶體，CS2的相對分子質(zhì)量大，CS2分子間作用力較大，所以CS2熔點(diǎn)高于CO2；

（3）由CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)-120kJ可知，即1molCH4(g)+1molCO2(g)總能量比2molCO(g)+2molH2(g)總能量小120kJ，或2molCO(g)+2molH2(g)總能量比1molCH4(g)+1molCO2(g)總能量高120kJ，能量變化如圖，

故答案為：；

（4）a、每消耗16g即1molCH4的同時(shí)生成4g即2molH2，由于反應(yīng)方向均為正向，所以不能據(jù)此判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a不符合題意；

b、該反應(yīng)是氣體體積變化的反應(yīng)，反應(yīng)發(fā)生變化時(shí)氣體總物質(zhì)的量相應(yīng)變化，容器中氣體的壓強(qiáng)隨之而變，所以容器中氣體的壓強(qiáng)不再改變的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，故b符合題意；

c、恒容體系中各物質(zhì)均為氣體，氣體的總質(zhì)量不變，但該反應(yīng)是氣體總物質(zhì)的量變化的反應(yīng)，由可知，混和氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，即混合氣體總物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c符合題意；

d、恒容體系中各物質(zhì)均為氣體，即氣體的總質(zhì)量不變，所以容器中氣體的密度始終不變，故容器中氣體的密度不再改變的狀態(tài)不一定是平衡狀態(tài)，故d不符合題意；

0～10min內(nèi)(CO2)==0.2mol，所以v(CO2)===0.01mol/(Lmin)，根據(jù)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)可知v(CO)=2v(CO2)=0.02mol/(Lmin)，

故答案為：bc；0.02mol/(Lmin)；

（5）根據(jù)圖象可知，900℃時(shí)合成氣產(chǎn)率已經(jīng)較高，再升高溫度產(chǎn)率增幅不大，且升高溫度耗能較大，經(jīng)濟(jì)效益降低，溫度低時(shí)合成氣產(chǎn)率降低且反應(yīng)速率降低，

故答案為：900℃時(shí)合成氣產(chǎn)率已經(jīng)較高，再升高溫度產(chǎn)率增幅不大，且升高溫度耗能較大，經(jīng)濟(jì)效益降低，溫度低時(shí)合成氣產(chǎn)率降低且反應(yīng)速率降低。