Question

【題目】CO2是一種常見的溫室氣體，它的吸收和利用也成為現代科技的熱門課題。

(1)恒容密閉容器中，在Cu/ZnO催化劑作用下，可用CO2制備甲醇：CO2(g) + 3H2(g)CH3OH(g) + H2O(l) △H1，已知： CH3OH(g) +O2(g)=CO2(g) + 2H2O(l) △H2，寫出氫氣燃燒熱的熱化學方程式________(△H用△H1、 △H2表示)。某溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入2mol CO2、5mol H2以及催化劑進行反應生成CH3OH 蒸氣和水蒸氣，達到平衡時H2的轉化率是60%，其平衡常數為_______。

(2)工業上用CO2催化加氫制取二甲醚：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)。在兩個相同的恒容密閉容器中，充入等量的反應物，分別以Ir和Ce作催化劑，反應進行相同的時間后測得的CO2的轉化率α(CO2)隨反應溫度的變化情況如圖所示：

①用Ir和Ce作催化劑時，反應的活化能更低的是_________；

②a、b、c、d和e五種狀態，反應一定達到平衡狀態的是________，反應的ΔH ____0(填“＞”、“=”或“＜”)；

③從狀態a到c，CO2轉化率不斷增大的原因是__________；

④已知T℃下，將2 molCO2和6 molH2通入到體積為V L的密閉容器中進行上述反應，反應時間與容器內的總壓強數據如表：

時間t/min	0	10	20	30	40
總壓強p/1000kPa	1.0	0.83	0.68	0.60	0.60

該反應平衡時CO2的轉化率為___________。

(3)工業上常用氨水吸收含碳燃料燃燒中產生的溫室氣體CO2，得到NH4HCO3溶液，則反應NH4++HCO3－+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常數K=_________。(已知常溫下NH3·H2O的電離平衡常數Kb=2×10－5，H2CO3的電離平衡常數Ka1=4×10－7，Ka2=4×10－11 )。

Answer 1

【答案】H2 (g) +O2 (g)=H2O(l) △H=(△H1+ △H2)/3 0.5 Ir d和e ＜ 狀態a和c均未達到平衡，狀態c溫度高反應速率快，CO2的轉化量大，轉化率高 80% 1.25×10－3

【解析】

(1)已知①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l) ΔH1，②CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH2，由蓋斯定律計算(①+②)×得到氫氣燃燒熱的熱化學方程式：H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=(ΔH1+ΔH2)，某溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入2mol CO2、5molH2以及催化劑進行反應生成CH3OH蒸氣和水蒸氣。達到平衡時H2的轉化率是60%，消耗氫氣物質的量濃度=2.5mol/L×60%=1.5mol/L，列三段式有：

則平衡常數，故答案為：H2(g)+O2(g)H2O(l) (ΔH1+ΔH2)；0.5；

(2)①根據圖示信息：分別以Ir和Ce作催化劑，反應進行相同的時間后測得的CO2的轉化率a(CO2)隨反應溫度的變化情況，得到：CO2的轉化率a(CO2)高，催化劑的效率高，活化能較小，所以用Ir和Ce作催化劑時，反應的活化能更低的是Ir，故答案為：Ir；催化劑不影響轉化率，a、b、c、d和e五種狀態，反應達到平衡狀態時，CO2的轉化率a(CO2)不再變化，即平衡狀態是d、e，達到平衡以后，溫度升高，CO2的轉化率a(CO2)逐漸減小，所以平衡逆向移動，反應是放熱反應，所以反應的焓變小于零，故答案為：d和e；＜；

③狀態a和c均未達到平衡，狀態c溫度高反應速率快，CO2的轉化量大，轉化率高，故答案為：狀態a和c均未達到平衡，狀態c溫度高反應速率快，CO2的轉化量大，轉化率高；

④T℃下，將2molCO2和6molH2通入到體積為VL的密閉容器中進行上述反應，圖表數據可知，平衡狀態氣體壓強減少0.4KPa，設生成二甲醚物質的量為x mol，列三段式有：

根據阿伏加德羅定律PV=nRT，氣體壓強之比等于氣體物質的量之比，即，則x=0.8，平衡時CO2的轉化率，故答案為：80%；

(3)反應NH4++HCO3－+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常數，故答案為：1.25×10－3。