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，它能將工廠排放的CO)以更加安全、廉價(jià)和高效的方式處理掉，球形微膠囊內(nèi)部充有Na2CO3溶液，其原理如圖所示。

(1)這種微膠囊吸收CO2的原理是 ____用離子方程式表示），此過程是_____填“吸收”或“放出”）能量的過程。

(2)在吸收過程中下列關(guān)于膠囊內(nèi)溶液的說法正確的是 ___（填字母）。

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

b．吸收過程中，體系中的含碳微粒只有CO32－、HCO3－、H2CO3

c．當(dāng)n(CO2)：n(Na2CO3)=1：3時(shí)，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)將解吸后的CO2催化加氫可制取乙烯。

已知：C2H4(g)＋3O2(g)=2CO2(g)＋2H2O(g) △H1=－1323kJ·mol－1

2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g) △H2=－483.6kJ·mol－1

2CO2(g)＋6H2(g)=C2H4(g)＋4H2O(g) △H3=_______________

(4)在體積為2L的恒容容器中發(fā)生反應(yīng)：2CO2(g)＋6H2(g)=C2H4(g)＋4H2O(g)。當(dāng)投料為1 mol CO2(g)和3molH2 (g)時(shí)，測(cè)得溫度對(duì)CO2平衡轉(zhuǎn)化率的影響為曲線a，改變投料比測(cè)量后得到曲線b。

①根據(jù)曲線a計(jì)算250℃時(shí)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K= ____代入數(shù)值列出計(jì)算式即可）。

②b條件下投料比____（填“>” “<”或“=”）3，判斷依據(jù)是 __ 。

③下列說法正確的是 ___（填字母）。

A．平衡常數(shù)大小：M>N>M1

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

C．當(dāng)壓強(qiáng)、混合氣體的密度或不變時(shí)均可視為化學(xué)反應(yīng)已達(dá)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＋CO32－＋H2O=2HCO3－ 放出 cd －127.8kJ·mol－1 < 其他條件不變時(shí)，減少氫氣的濃度，可以減少CO2的轉(zhuǎn)化率 D

【解析】

(1)根據(jù)CO2與CO32－反應(yīng)進(jìn)行分析，根據(jù)圖像解吸是吸收過程；

(2)根據(jù)鹽類水解，結(jié)合物料守恒和電荷守恒進(jìn)行判斷；

(3)利用蓋斯定律進(jìn)行分析和計(jì)算；

(4)①利用“三段式”方法進(jìn)行分析計(jì)算；

②根據(jù)圖像，b曲線CO2平衡轉(zhuǎn)化率比曲線a低，其他條件不變，增大H2的量，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，據(jù)此分析；

③根據(jù)圖像可以得到催化效率隨溫度變化進(jìn)行分析；

(1)膠囊內(nèi)部充有Na2CO3溶液，通入CO2發(fā)生CO2＋CO32－＋H2O=2HCO3－；根據(jù)圖可知解吸過程為吸熱過程，則吸收CO2過程為放出能量的過程；

(2)a.吸收前溶液為Na2CO3，Na2CO3為強(qiáng)堿弱酸鹽，CO32－發(fā)生水解，溶液顯堿性，離子濃度大小順序是c(Na＋)>c(CO32－)> c(OH－)>c(HCO3－)> c(H＋)，故a錯(cuò)誤；

b.根據(jù)圖，可知吸收CO2時(shí)，溶液中溶解了部分CO2，所以吸收過程中，體系中的含碳微粒除了CO32－、HCO3－、H2CO3外，還有CO2分子，故b錯(cuò)誤；

c.當(dāng)n(CO2)：n(Na2CO3)=1：3，發(fā)生的反應(yīng)有CO2＋CO32－＋H2O=2HCO3－，1molCO2能消耗1molCO32－，生成2molHCO3－，生成HCO3－的物質(zhì)的量等于剩余CO32－的物質(zhì)的量，但CO32－水解程度大于HCO3－水解，因此c(HCO3－)>c(CO32－)，故c正確；

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

故答案選cd；

(3)①C2H4(g)＋3O2(g)=2CO2(g)＋2H2O(g)，②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)，根據(jù)目標(biāo)反應(yīng)方程式，因此有3×②－①，得出△H3=3×△H2－△H1=[3×(－483.6)－(－1323)]kJ·mol－1=－127.8kJ·mol－1；

(4)①250℃時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率為50%，，化學(xué)平衡常數(shù)K==；

②由曲線b可知，M1點(diǎn)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率小于50%，說明反應(yīng)逆向移動(dòng)，其他條件不變時(shí)，減小n（H2）可使反應(yīng)逆向移動(dòng)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率降低，所以<3；

③A.平衡常數(shù)只受溫度的影響，M和M1的溫度相同，則化學(xué)平衡常數(shù)：M=M1，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)減少，即M1>N，從而得出M=M1>N；故A錯(cuò)誤；

B.加入催化劑，反應(yīng)速率加快，但平衡不移動(dòng)，故B錯(cuò)誤；

C.恒容狀態(tài)下，反應(yīng)物生成物均為氣體，氣體質(zhì)量不變，容器的體積不變，密度恒為定值，不能作為是否達(dá)到平衡的判斷依據(jù)，故C錯(cuò)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(shí)，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正確。

故答案選D。