Question

【題目】研究表明:豐富的CO2可以作為新碳源，解決當前應用最廣泛的碳源(石油和天然氣)枯竭危機，同時又可緩解由CO2累積所產生的溫室效應，實現CO2的良性循環。

(1)目前工業上有一種方法是用CO2加氫合成低碳烯烴。現以合成乙烯(C2H4)為例、該過程分兩步進行:

第一步:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H =+41.3kJ·mol-1

第二步:2CO(g)+4H2(g)C2H4(g)+2H2O(g) △H =-210.5kJ·mol-1

①CO2加氫合成乙烯的熱化學方程式為_____________________________。

②一定條件下的密閉容器中，上述反應達到平衡后，要加快反應速率并提高CO2的轉化率，可以采取的措施是______(填字母)。

A.減小壓強 B.增大H2濃度 C.加入適當催化劑 D.分離出水蒸氣

(2)另一種方法是將CO2和H2在230℃催化劑條件下生成甲醇蒸氣和水蒸氣。現在10L恒容密閉容器中投入1molCO2和2.75molH2，發生反應:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。在不同條件下測得平衡時甲醇的物質的量隨溫度、壓強的變化如圖所示:

①能判斷該反應達到化學平衡狀態的是_______(填字母)。

a.c(H2):c(CH3OH)=3:1 b.容器內氫氣的體積分數不再改變

C.容器內氣體的密度不再改變 d.容器內壓強不再改變

②上述反應的△H______0(填“>”或“<”)，圖中壓強p1____p2(填“>”或“<”)。

③經測定知Q點時容器的壓強是反應前壓強的9/10，則Q點H2的轉化率為____________。

④N點時，該反應的平衡常數K=______(計算結果保留兩位小數)。

(3)用生石灰吸收CO2可生成難溶電解質CaCO3，其溶度積常數Ksp=2.8×10-9。現有一物質的量濃度為2×10-4mol/L純堿溶液，將其與等體積的CaCl2溶液混合，則生成沉淀所需CaCl2溶液的最小濃度為___mol/L。

Answer 1

【答案】2CO2+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g) △H= -127.9 kJ/mol B bd < > 20.5% 1.04 5.6×10-5

【解析】

（1）①根據兩個反應方程式，消去CO，整理并計算反應的△H，正確答案：

2CO2+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g) △H= -127.9 kJ/mol。

②減小壓強，各物質的濃度減少，平衡左移，CO2的轉化率降低，反應速率減慢，A錯誤；增大H2濃度，平衡右移，濃度增大，速率加快，CO2的轉化率增大，B正確；加入適當催化劑，能夠加快反應速率，但是平衡不動，CO2的轉化率不變，C錯誤；分離出水蒸氣，減少生成物濃度，速率減慢，但是平衡右移，CO2的轉化率增大，D錯誤；正確選項B。

(2)①c(H2):c(CH3OH)=3:1 這僅僅是是反應的過程中一種情況，無法判定反應是否達平衡狀態，a錯誤；容器內氫氣的體積分數不再改變，可以判斷反應達平衡狀態，b正確；反應前后氣體的總質量不變，容器的體積恒定，容器內氣體的密度恒為定值，無法判定反應達到化學平衡狀態，C錯誤；該反應為氣體的總量減少的反應，當容器氣體的總量不再發生變化，容器內的壓強也不再改變，可以判定反應達到化學平衡狀態，d正確；正確選項：bd。

②從圖像看出，溫度升高，n（CH3OH）減少，平衡左移，該反應正反應為放熱反應，△H<0；當溫度不發生改變，壓強由p2→p1，增大壓強平衡右移，n（CH3OH）增大，所以壓強p1>p2，正確答案：< ； >。

③設二氧化碳的消耗量為xmol,根據方程式進行計算如下:

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。

起始量 1 2.75 0 0

變化量 x 3x x x

平衡量 1- x 2.75-3x x x

反應后氣體總量為1-x+2.75-3x+x+x=（3.75-2x）mol，反應前氣體總量為1+2.75=3.75 mol，根據壓強比等于物質的量之比：（3.75-2x）/3.75=9/10, x=0.1875 mol, Q點H2的轉化率為3×0.1875÷2.75×100%= 20.5%，正確答案：20.5%。

④ 10L恒容密閉容器中投入1molCO2和2.75mol,反應進行到506℃，達平衡狀態，對應M點時，甲醇的量為0.25mol，進行如下計算：

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。

起始量 1 2.75 0 0

變化量 0.25 0.75 0.25 0.25

平衡量 0.75 2 0.25 0.25

各物質濃度分別為c(CO2)= 0.075 mol/L, c(H2)= 0.2 mol/L , c(CH3OH)= c(H2O)= 0.025 mol/L, 該反應的平衡常數K=(0.025)2/(0.23×0.075)= 1.04 ；由于N 和M處于同一溫度下的不同曲線上兩點，所以平衡常數相同，正確答案：1.04。

(3)設CaCl2溶液的最小濃度為為cmol/L,兩溶液等體混合，溶液的濃度均減半，帶入溶度積常數Ksp的計算公式：Ksp= c(Ca2+)c(CO32-)=(c÷2)×(2×10-4÷2)= 2.8×10-9,解之，c=5.6×10-5 mol/L；正確答案：5.6×10-5。