Question

18．為了減少溫室氣體排放，中國(guó)政府承諾到2020年我國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值CO₂排放比2005年下降40%-45%．目前工業(yè)上有采用CO₂與H₂在CuO-ZnO/ZrO催化下反應(yīng)制備重要化工原料CH₃OH的工藝：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）；△H．為探究其反應(yīng)原理進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，在容積為2L密閉容器內(nèi)、250℃條件下n（CO₂） 和n（H₂）隨時(shí)間的變化情況如下表：

時(shí)間（s）	0	1	2	3	4	5
n（CO2）（mol）	0.4	0.35	0.31	0.3	0.3	0.3
n（H2）（mol）	1.2	1.05	n1	n2	n2	n2

達(dá)平衡時(shí)反應(yīng)共放熱4.9kJ．根據(jù)題目回答下列問題：
（1）n₁=0.93，250℃下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=13.7；△H=-49kJ/mol．
（2）平衡時(shí)CO₂的轉(zhuǎn)化率是25%．
（3）能說明反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是BC．
A．v（H₂）=3v（CO₂）        B．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
C．v_逆（CO₂）=v_正（CH₃OH）  D．容器內(nèi)密度保持不變
（4）為使該反應(yīng)的反應(yīng)速率增大，且平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)的是C．
A．及時(shí)分離出產(chǎn)物  B．適當(dāng)升高溫度  C．增大CO₂濃度    D．選擇高效催化劑
（5）“碳捕捉技術(shù)”是指通過一定的方法將工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的CO₂分離出來并利用．如可利用NaOH溶液來“捕捉”CO₂，其基本過程如圖所示，過程中用到生石灰（部分條件及物質(zhì)未標(biāo)出）．

物質(zhì)①為NaOH，物質(zhì)③為CaO，操作②為過濾．整個(gè)過程發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式有：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O，CaO+H₂O=Ca（OH）₂，Ca（OH）₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaOH．

Answer 1

分析 （1）2s消耗二氧化碳為（0.4-0.31）mol=0.09mol，則消耗氫氣為0.09mol×3=0.27mol，進(jìn)而計(jì)算2s時(shí)氫氣物質(zhì)的量；
3s時(shí)到達(dá)平衡，消耗二氧化碳為（0.4-0.3）mol=0.1mol，則：
           CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）：0.4     1.2       0        0
變化量（mol）：0.1     0.3       0.1      0.1
平衡量（mol）：0.3    0.9       0.1       0.1
再根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
計(jì)算1mol二氧化碳反應(yīng)放出的熱量，可以得到反應(yīng)△H；
（2）轉(zhuǎn)化率=$\frac{物質(zhì)的量變化量}{起始物質(zhì)的量}$×100%；
（3）可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達(dá)平衡；
（4）A．及時(shí)分離出產(chǎn)物，反應(yīng)速率減慢；
B．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，適當(dāng)升高溫度，平衡逆向移動(dòng)；
C．增大CO₂濃度，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動(dòng)；
D．選擇高效催化劑，不影響平衡移動(dòng)；
（5）捕捉室中用氫氧化鈉吸收二氧化碳得到碳酸鈉，將氧化鈣加入吸收后溶液中得到碳酸鈣與氫氧化鈉，通過過濾分離，氫氧化鈉循環(huán)利用，碳酸鈣加熱分解得到氧化鈣與二氧化碳，CaO再循環(huán)利用．

解答 解：（1）2s消耗二氧化碳為（0.4-0.31）mol=0.09mol，則消耗氫氣為0.09mol×3=0.27mol，2s時(shí)氫氣物質(zhì)的量n₁=1.2-0.27=0.93；
3s時(shí)到達(dá)平衡，消耗二氧化碳為（0.4-0.3）mol=0.1mol，則：
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）：0.4      1.2       0          0
變化量（mol）：0.1      0.3       0.1        0.1
平衡量（mol）：0.3      0.9       0.1        0.1
容器容積為10L，則平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.01×0.01}{0.03×0.0{9}^{3}}$=13.7，
1mol二氧化碳反應(yīng)放出的熱量為4.9kJ×$\frac{1mol}{0.1mol}$=49kJ，故反應(yīng)的△H=-49kJ/mol，
故答案為：0.93；13.7；-49kJ/mol；
（2）二氧化碳轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.1mol}{0.4mol}$×100%=25%，
故答案為：25%；
（3）A．v（H₂）=3v（CO₂），未指明正逆速率，不能說明到達(dá)平衡，若分別表示正逆速率，則反應(yīng)到達(dá)平衡，故A錯(cuò)誤；
B．隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體物質(zhì)的量減小，恒溫恒容下壓強(qiáng)減小，容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，說明到達(dá)平衡，故B正確；
C．v_逆（CO₂）=v_正（CH₃OH）說明二氧化碳的消耗速率與生成速率相等，反應(yīng)到達(dá)平衡，故C正確，
D．混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積不變，容器內(nèi)密度始終保持不變，故D錯(cuò)誤，
故選：BC；
（4）A．及時(shí)分離出產(chǎn)物，平衡正向移動(dòng)，但反應(yīng)速率減慢，故A錯(cuò)誤；
B．適當(dāng)升高溫度，反應(yīng)速率加快，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡逆向移動(dòng)，故B錯(cuò)誤；
C．增大CO₂濃度，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動(dòng)，故C正確；
D．選擇高效催化劑，可以加快反應(yīng)速率，但不影響平衡移動(dòng)，故D錯(cuò)誤，
故選：C；
（5）捕捉室中用氫氧化鈉吸收二氧化碳得到碳酸鈉，將氧化鈣加入吸收后溶液中得到碳酸鈣與氫氧化鈉，通過過濾分離，氫氧化鈉循環(huán)利用，碳酸鈣加熱分解得到氧化鈣與二氧化碳，CaO再循環(huán)利用，則：
物質(zhì)①為NaOH，物質(zhì)③為CaO，操作②為過濾，整個(gè)過程發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式有：
2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O，CaO+H₂O=Ca（OH）₂，Ca（OH）₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaOH
故答案為：NaOH；CaO；過濾；2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O，CaO+H₂O=Ca（OH）₂，Ca（OH）₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaOH．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡狀態(tài)判斷、化學(xué)工藝流程等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．