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5.二氧化碳的捕捉與封存是實現(xiàn)溫室氣體減排的重要途徑之一,科學家利用NaOH溶液噴淋“捕捉”空氣中的CO2(如圖所示).

(1)NaOH溶液噴成霧狀的目的是增大氣液反應(yīng)物的接觸面積,既加快反應(yīng)速率又提高CO2的吸收率.
(2)若使用1.0mol•L-1800mL的NaOH溶液吸收11.2L(標準狀況下)的CO2,反應(yīng)的離子方程式為5CO2+8OH-=2HCO3-+3CO32-+3H2O,所得溶液中,n(CO23)、n(H2CO3)、n(H+)、n(OH-)的關(guān)系為n(CO32-)-n(H2CO3)-n(H+)+n(OH-)=0.3mol.
(3)以CO2與NH3為原料可合成尿素[CO(NH22].
已知:①2NH3(g)+CO2(g)═NH2CO2NH4(s)△H1=-159.47kJ•mol-1
②NH2CO2NH4(s)═CO(NH22(s)+H2O(g)△H2=+116.49kJ•mol-1
③H2O(l)═H2O(g)△H3=+44.0kJ•mol-1
試寫出NH3和CO2合成尿素和液態(tài)水的熱化學方程式:2NH3(g)+CO2(g)═CO(NH22(s)+H2O(l)△H=-86.98kJ•mol-1
(4)以CO2與H2為原料還可合成液體燃料甲醇(CH3OH),其反應(yīng)的化學方程式為CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H<0.現(xiàn)將1mol CO2和3mol H2充入容積為2L的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng),下列說法正確的是BD.
A.若保持恒溫,當容器中n(CH3OH):n(H2O)為1:1時,該反應(yīng)已達平衡狀態(tài)
B.若保持恒溫,當容器內(nèi)氣體壓強恒定時,該反應(yīng)已達平衡狀態(tài)
C.若其他條件不變,升高溫度,則平衡常數(shù)增大
D.保持溫度不變,當反應(yīng)已達平衡時,若向容器中再充入1mol CO2和3mol H2,當達到新平衡時,n(CH3OH):n(H2)將增大.

分析 (1)反應(yīng)物接觸面積越大,反應(yīng)速率越快;
(2)n(NaOH)=1.0mol/L×0.8=0.8mol,n(CO2)=11.2L22.4L/mol=0.5mol,1<nNaOHnCO2<2,根據(jù)原子守恒確定產(chǎn)物及其物質(zhì)的量之間的關(guān)系;根據(jù)原子守恒和物料守恒計算;
(3)根據(jù)蓋斯定律及已知熱化學方程式計算;
(4)A.無論反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài),n(CH3OH):n(H2O)為1:1;
B.當反應(yīng)前后改變的物理量不變時,該反應(yīng)達到平衡狀態(tài);
C.△H<0,升高溫度,平衡逆向移動;
D.保持溫度不變,當反應(yīng)已達平衡時,若向容器中再充入1mol CO2和3mol H2,相當于增大壓強,平衡向氣體體積減小的方向移動.

解答 解:(1)反應(yīng)物接觸面積越大,反應(yīng)速率越快,則NaOH溶液噴成霧狀的目的是為了增大氣液反應(yīng)物的接觸面積,既加速反應(yīng)又提高CO2的吸收率,
故答案為:增大氣液反應(yīng)物的接觸面積,既加速反應(yīng)又提高CO2的吸收率;
(2)n(NaOH)=1.0mol/L×0.8=0.8mol,n(CO2)=11.2L22.4L/mol=0.5mol,1<nNaOHnCO2<2,
設(shè)n(Na2CO3)為x,n(NaHCO3)為y,根據(jù)原子守恒得:2x+y=0.8、x+y=0.5,解得:x=0.3、y=0.2,所以該反應(yīng)方程式為:5CO2+8OH-=2HCO3-+3CO32-+3H2O,根據(jù)物料守恒得n(Na+)=0.8mol,n(CO32-)+n(H2CO3)+n(HCO3-)=0.5mol,
根據(jù)電荷守恒得n(Na+)+n(H+)=2n(CO32-)+n(OH-)+n(HCO3-),所以得n(CO32-)-n(H2CO3)-n(H+)+n(OH-)=0.3 mol,
故答案為:5CO2+8OH-=2HCO3-+3CO32-+3H2O;n(CO32-)-n(H2CO3)-n(H+)+n(OH-);
(3)①2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s)△H=-159.47kJ•mol-1
②NH2CO2NH4(s)=CO(NH22(s)+H2O(g)△H=+116.49kJ•mol-1
③H2O(l)=H2O(g)△H=+88.0kJ•mol-1
由蓋斯定律計算①+②-③得:2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH22(s)+H2O(l)△H=-130.98 kJ•mol-1,
故答案為:2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH22(s)+H2O(l)△H=-130.98 kJ•mol-1;
(4)A.若保持恒溫,無論該反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài),容器中n(CH3OH):n(H2O)始終為1:1,所以不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài),故A錯誤;
B.該反應(yīng)是反應(yīng)氣體體積減小的反應(yīng),若保持恒溫,當容器內(nèi)氣體壓強恒定時,該反應(yīng)已達平衡狀態(tài),故正確;
C.該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度升高平衡逆向移動,反應(yīng)物濃度增大,產(chǎn)物濃度減小,平衡常數(shù)減小,故C錯誤;
D.可將1mol CO2和3mol H2看成先充入另一個相同容器中,達到平衡時狀態(tài)完全相同,然后加壓將兩個容器中的氣體合并到一個容器中,根據(jù)化學平衡移動原理可知,平衡將正向移動,CH3OH的物質(zhì)的量增大,H2的物質(zhì)的量減小,n(CH3OH):n(H2)的比值增大,故D正確;
故答案為:BD.

點評 本題考查了氧化還原反應(yīng)、蓋斯定律、化學平衡等知識,為高考熱點,題目難度中等,根據(jù)氧化還原反應(yīng)實質(zhì)、蓋斯定律內(nèi)涵、化學平衡的判斷方法等知識點來分析解答,注意結(jié)合守恒思想進行分析.

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