Question

低碳經(jīng)濟(jì)是以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)模式，低碳循環(huán)正成為科學(xué)家研究的主要課題．
最近有科學(xué)家提出構(gòu)想：把空氣吹入飽和碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出來(lái)，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后使之變?yōu)榭稍偕�燃料甲醇．該�?gòu)想技術(shù)流程如圖：

（1）向分解池中通入高溫水蒸氣的作用是

 

．
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1
則甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為

 

．
（3）已知K_sp（CaCO₃）=2.8×10^-9mol²?L^-2．現(xiàn)將CaCl₂溶液與0.02mol?L^-1 NaCO₃溶液等體積混合，生成CaCO₃沉淀時(shí)，所需CaCl₂溶液的最小物質(zhì)的量濃度為

 

 （4）CO（g）和H₂O（g）在一定條件下反應(yīng)可得到清潔燃料H₂，將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），不同溫度下得到三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所需要的時(shí)間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①實(shí)驗(yàn)1前6min的反應(yīng)速率v（CO₂）=

 

（保留小數(shù)點(diǎn)后兩位，下同）．
②實(shí)驗(yàn)2條件下平衡常數(shù)K=

 

．
③該反應(yīng)的△H

 

0（填“＜”或“＞”）．
④實(shí)驗(yàn)3中，若平衡時(shí)的轉(zhuǎn)化率α（CO）＞α（H₂O），則

a

b

的取值范圍是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,熱化學(xué)方程式,等效平衡

專(zhuān)題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專(zhuān)題

分析：（1）分析流程分解池中是碳酸氫鉀分解需要一定溫度分析；
（2）根據(jù)熱化學(xué)方程式利用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱并書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式；
（3）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=1×10^-4mol/L，根據(jù)Ksp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）計(jì)算沉淀時(shí)混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍；
（4）①根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算反應(yīng)速率；
②根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算出實(shí)驗(yàn)2的平衡常數(shù)；
③根據(jù)溫度變化，平衡時(shí)的生成物的物質(zhì)的量的多少判斷平衡移動(dòng)的方向，判斷反應(yīng)熱的符號(hào)；
④由于CO與H₂O的化學(xué)計(jì)量數(shù)相等都為1，所以當(dāng)兩者物質(zhì)的量相等時(shí)二者轉(zhuǎn)化率相等，要使CO轉(zhuǎn)化率大于H₂O的轉(zhuǎn)化率，則增大H₂O的物質(zhì)的量．

解答： 解：（1）向分解池中通入高溫水蒸氣的作用是提供高溫環(huán)境使KHCO₃分解；
故答案為：提供高溫環(huán)境使KHCO₃分解；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，將已知反應(yīng)

1

2

×（①-②+③×4）得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），所以該反應(yīng)的△H=

1

2

×[（-1275.6kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4]=-442.8kJ?mol^-1，即CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1；
（3）Na₂CO₃溶液的濃度為2×10^-2mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=

1

2

×2×10^-2mol/L=1×10^-2mol/L，根據(jù)K_sp（CaCO₃）=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，c（Ca²⁺）=

2.8×10-9

1×10-2

mol/L=2.8×10^-7mol/L，原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為2×2.8×10^-7mol/L=5.6×10^-7mol/L．
故答案為：5.6×10^-7mol?L^-1 ；
（4）①v（CO₂）=v（CO）=

4mol-2.4mol 2L

6min

=0.13 mol/（L．min），故答案為：0.13 mol/（L．min）；
②實(shí)驗(yàn)2中達(dá)到平衡時(shí)，c（CO₂）=c（H₂）=

0.4mol

2L

=0.2mol/L，c（CO）=

1.6mol

2L

=0.8mol/L，c（H₂O）=

1mol-0.4mol

2L

=0.3mol/L，
K=

0.2×0.2

0.8×0.3

≈0.17，
故答案為：0.17；
③根據(jù)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）可知壓強(qiáng)對(duì)平衡移動(dòng)無(wú)影響，如果在650℃，H₂O、CO的物質(zhì)的量改為1mol、2mol，達(dá)到平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量應(yīng)為1.2mol，而900℃時(shí)CO的物質(zhì)的量應(yīng)為1.6mol，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，
故答案為：＜；
④由于CO與H₂O的化學(xué)計(jì)量數(shù)相等都為1，所以當(dāng)兩者物質(zhì)的量相等時(shí)二者轉(zhuǎn)化率相等，要使CO轉(zhuǎn)化率大于H₂O的轉(zhuǎn)化率，則增大H₂O的物質(zhì)的量，即

a

b

的值小于1，所以

a

b

的取值范圍是0＜

a

b

＜1，
故答案為：0＜

a

b

＜1．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用、沉淀溶解平衡分析計(jì)算、反應(yīng)速率的、平衡常數(shù)的計(jì)算與運(yùn)用等，題目綜合性較強(qiáng)，是對(duì)學(xué)生能力的考查，難度中等，注意把握反應(yīng)原理的有關(guān)內(nèi)容．