Question

【題目】隨著科學技術的發展和環保要求的不斷提高，CO2的捕集利用技術成為研究新的熱點。 完成下列問題：

(1)CO2催化加氫合成CH3OCH3是一種CO2轉化方法，其過程中主要發生下列反應：

反應I：

反應Ⅱ：

①寫出CO和H2合成CH3OCH3的熱化學方程式____。

②分別在2L恒溫密閉容器甲（恒溫恒容）、乙（恒溫恒壓）中，加入CO2和H2各1 mol的混合氣體，假設只發生反應Ⅱ，則兩容器中反應達平衡后放出或吸收的熱量較多的是____（填“甲”或“乙”）。當反應5 min時，測得甲容器中壓強變為原來的一半，則用CO2表示的反應的速率= ___。

③在恒壓、CO2和H2的起始量一定的條件下，CO2平衡轉化率和平衡時CH3OCH3的選擇性隨溫度的變化如圖。其中：

i)溫度高于300℃，溫度對CO2平衡轉化率影響較大的是反應____（填“I”或“Ⅱ”）。

ii)220℃時，在催化劑作用下CO2與H2反應一段時間后，測得CH3OCH3的選擇性為48%（圖中A點）。不改變反應時間和溫度，一定能提高CH3OCH3選擇性的措施可以是____（任答一條）。

(2)CO2可以被NaOH溶液捕獲。若所得溶液pH=13，CO2主要轉化為____（寫離子符號）；若所得溶液c(HCO3-):c(CO32-)=1:5，溶液pH= ___。（室溫下，H2CO3的）

Answer 1

【答案】 乙 0.05mol/(L·min) Ⅰ 增大壓強或使用對反應Ⅱ催化活性更高的催化劑或其他合理答案 CO32- 11

【解析】

(1)①先寫出CO和H2反應的方程式，該反應方程式為2CO＋4H2=CH3OCH3＋H2O，然后根據蓋斯定律進行分析；

②根據方程式的特點和壓強對化學平衡的影響分析；壓強變為一半，在相同的條件下，壓強之比等于物質的量之比，即氣體物質的量變為原來的一半，然后進行分析；

③i)根據圖像，溫度高于300℃時，CH3OCH3的選擇性迅速降低，而CO2的平衡轉化率增大，據此分析；

ii)增大CH3OCH3選擇性，即增大CH3OCH3的物質的量，不改變反應時間和溫度，反應向正反應方向進行或加快反應速率，據此分析；

(2)CO2與NaOH反應，產物可能是Na2CO3，也可能是NaHCO3，也可能是兩者的混合物，需要根據碳酸的二級電離平衡常數進行分析和對比；

(1) ①CO和H2反應的方程式為2CO＋4H2=CH3OCH3＋H2O，根據蓋斯定律，將反應II－2×反應I，2CO(g)＋4H2(g)=CH3OCH3(g)＋H2O(g) △H=－204.9kJ·mol－1；

②反應II是氣體物質的量減小的反應，隨著反應的進行，恒溫恒容容器內的氣體壓強減小，恒溫恒壓相當于在恒溫恒容基礎上增大壓強，增大壓強，該反應向正反應方向進行，放出的熱量增多，即乙容器放出的熱量較多；甲容器為恒溫恒容，5min時甲容器內的壓強變為原來的一半，則氣體物質的量變為原來的一半，，解得n（CO2）=0.5mol，根據化學反應速率的表達式為υ(CO2)==0.05mol/(L·min)；

③i)根據圖像，溫度高于300℃時，CH3OCH3的選擇性迅速降低，反應II向逆反應方向進行，CO2的轉化率降低；反應I是吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向反應，CO2的轉化率增大，根據圖像，溫度高于300℃時，CO2的平衡轉化率增大，說明溫度對CO2平衡轉化率影響較大的是反應I；

ii)在不改變時間和溫度情況下，一定能提高CH3OCH3選擇性措施的是增大壓強或使用對反應II催化活性更高的催化劑；

(2)Ka2=，所得溶液的pH=13，即c(H＋)=10－13mol·L－1， =5×10－11，=500，c(CO32－)>c(HCO3－)，CO2主要轉化為CO32－；所得溶液c(HCO3－)：c(CO32－)=1：5，代入Ka2==5×10－11，=5×10－11，c(H＋)=1×10－11mol·L－1，即此時溶液的pH=11。