Question

(14分) 為解決大氣中CO₂的含量增大的問題，某科學家提出“綠色自由”構想：把工廠排出的富含CO₂的廢氣經凈化吹入碳酸鉀溶液吸收，然后再把CO₂從溶液中提取出來，經化學反應使廢氣中的CO₂轉變為燃料甲醇。“綠色自由”構想的部分技術流程如下：

（1）合成塔中反應的化學方程式為                                 ；△H<0。該反應為可逆反應，從平衡移動原理分析，低溫有利于提高原料氣的平衡轉化率。而實際生產中采用300℃的溫度，除考慮溫度對反應速率的影響外，還主要考慮了                。
（2）從合成塔分離出甲醇的原理與下列       操作的原理比較相符（填字母）
A．過濾    B．分液    C．蒸餾    D．結晶
工業流程中一定包括“循環利用”，“循環利用”是提高效益、節能環保的重要措施。“綠色自由”構想技術流程中能夠“循環利用”的，除K₂CO₃溶液和CO₂、H₂外，還包括                      。
（3）一定條件下，向體積為1 L的密閉容器中充入1 mol CO₂和3 mol H₂，測得CO₂和CH₃OH(g)的濃度隨時間變化曲線如圖所示。下列敘述中，正確的是   。

A．升高溫度能使增大
B．反應達到平衡狀態時，CO₂的平衡轉化率為75%
C．3 min時，用CO₂的濃度表示的正反應速率等于用CH₃OH的濃度表示的逆反應速率
D．從反應開始到平衡，H₂的平均反應速率υ(H₂)＝0.075 mol?L^－1?min^－1
(4) 如將CO₂與H₂以1:4的體積比混合，在適當的條件下可制得CH₄。
巳知 

寫出C0₂(g)與H₂(g)反應生成CH₄(g)與液態水的熱化學方程式
___________                    _____。

Answer 1

（14分）（1）CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O（3分）   催化劑的催化活性（2分） 
（2）C（2分）   高溫水蒸氣或反應熱（2分）        （3）B（3分）
(4) CO₂(g)+4H₂ (g) = CH₄(g)+2H₂O(l) ΔH＝－252.9kJ/mol （3分）

1）根據工藝流程可知，合成塔內反應是氫氣與二氧化碳反應生成甲醇和水；
工業生產條件選擇要考慮轉化率、反應速率、對催化劑的影響、材料、成本等多方面綜合考慮；
（2）從合成塔出來的主要為甲醇與水的混合液，甲醇與水互溶，沸點相差大；
（3）由流程圖可以找出循環利用的物質；
（4）由圖可知，10min達平衡，根據v=計算v（CH₃OH）反應速率之比等于化學計量數之比計算氫氣的反應速率；
平衡向正反應移動，可以增大n（CH₃OH）/n（CO₂）的值；
（5）根據蓋斯定律構造目標熱化學方程式．
解：
（1）合成塔中的反應是二氧化碳和氫氣在一定條件下可生成甲醇和水，其方程式為：
CO₂+3H₂一定條件CH₃OH+H₂O；
溫度影響催化劑的活性，除考慮溫度對反應速率的影響外，還主要考慮了催化劑的催化活性，
故答案為：CO₂+3H₂ = CH₃OH+H₂O；主要考慮了催化劑的催化活性；
（2）分離沸點相差比較大，互溶的液體，可以用蒸餾的方法進行分離，故選：C；
（3）（3）由工藝流程可知，可重復利用的物質有K₂CO₃溶液和CO₂、H₂、高溫水蒸氣，故答案為：高溫水蒸氣；
（4）（4）由圖可知，10min達平衡，平衡時甲醇的濃度為0.8mol/L，
（5）所以v（CH₃OH）==0.08mol/（L?min），反應速率之比等于化學計量數之比，所以v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.08mol/（L?min）=0.24mol/（L?min）．
（6）增大H₂的用量、減少生成H₂O 的量等，平衡右移，可以增大n（CH₃OH）/n（CO₂）的值，
（7）故答案為：0.24mol/（L?min）；增大H₂的用量等；
（8）（5）巳知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol，
②H₂（g）+O₂（g）=H₂O（l）△H₂=-285.8kJ/mol，
則CO₂（g）與H₂（g）反應生成CH₄（g）與液態水的熱化學方程式可
根據蓋斯定律②×4-①得CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol 。