Question

7．甲醇是一種可再生的綠色能源，CO₂是一種溫室氣體，它們都是重要的化工原料．
已知：（1）已知CO的燃燒熱△H為-283kJ•mol^-1，CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （1）；△H=-129kJ•mol^-1，欲求出CH₃OH的燃燒熱，則需要知道一個反應，該反應的熱化學方程式為2H₂ （g）+O₂ （g）?2H₂O（l）△H．（反應熱直接用△H表示）．
 （2）向溫度不同容積均為1L的a、b、c、d、e五個恒容密閉容器中各充入3molCO₂、7molH₂的混合氣體，控制適當條件使其同時發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=QkJ•mol^-1，反應過程中維持各容器溫度不變，測得t₁時刻各容器中H₂O的體積分數(shù)?（H₂O） 如圖所示．
①Q＜（填“＞”或“＜”），五個容器中肯定處于非平衡狀態(tài)的是a、b．
②t₁時刻時，容器a中正反應速率小于 （填“大于”“小于”或“等于”）容器e中正反應速率．
③T_d℃時，該反應的平衡嘗試K=4．
④欲提高H₂的轉化率，可采取的措施有降低溫度或者增大二氧化碳的量或者增大壓強（寫出兩種）．
（3）碳捕捉技術的應用既可降低碳排放也可得到重要的化工產品．
①NaOH溶液是常用的碳捕捉劑，若某次捕捉后得到的溶液中c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1，則所得溶液的pH=10[常溫下 K₁（H₂CO₃）=4.4×10^-7、K₂ （HCO₃^-）=5x 1O^-11]．
②在清除鍋爐水垢的過程中，需要用Na₂CO₃將水垢中的CaSO₄轉化為CaCO₃，將微溶的CaSO₄難溶性的CaCO₃的理由是CaSO₄難溶于酸，而CaCO₃易溶于酸中．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)CH₃OH燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水，所以根據(jù)蓋斯定律還應該有生成二氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式，因為CO的燃燒熱△H為-283kJ•mol^-1，則有生成二氧化碳，還要有生成液態(tài)水，則必須涉及氫氣燃燒的反應，據(jù)此分析；
（2）①a、b、c、d、e五個恒容密閉容器，由圖象可知對應溫度依次升高，則反應速率也依次增大，由于c中水的體積分數(shù)最大，表明t₁時刻d、e已處于平衡狀態(tài)，a、b肯定沒有達到平衡狀態(tài)，c可能處于平衡狀態(tài)；因為達到平衡后，升高溫度水的體積分數(shù)反而減小，說明升高溫度平衡向逆反應進行，據(jù)此判斷；
②t₁時刻時，a、e容器水的體積分數(shù)相等，說明a、e容器中反應物濃度相同，則溫度越高正反應速率越大；
③根據(jù)K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）{\;}^{3}}$結合三組量計算；
④根據(jù)欲提高H₂的轉化率，即在不改變氫氣的量時使平衡正向移動即可；
（3）①某次捕捉后得到的溶液中c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1，則溶液酸堿性主要由CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，K=$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）c（OH{\;}^{-}）}{c（CO{{\;}_{3}}^{2-}）}$
=$\frac{K{\;}_{w}}{K{\;}_{2}（H{\;}_{2}CO{\;}_{3}）}$，據(jù)此計算出氫氧根離子濃度，從而求出pH；
②根據(jù)CaSO₄難溶于酸難除去，而CaCO₃易溶于酸中易除去分析．

解答 解：（1）欲求出CH₃OH的燃燒熱，根據(jù)CH₃OH燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水，所以根據(jù)蓋斯定律還應該有生成二氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式，又已知CO的燃燒熱△H為-283kJ•mol^-1，即CO （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）?CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1；那還必須有生成液態(tài)水的熱化學方程式，則需要知道一個H₂ （g）燃燒的熱化學方程式，所以該反應的熱化學方程式為2H₂ （g）+O₂ （g）?2H₂O（l）△H，故答案為：2H₂ （g）+O₂ （g）?2H₂O（l）△H；
（2）①a、b、c、d、e五個恒容密閉容器，由圖象可知對應溫度依次升高，則反應速率也依次增大，由于c中水的體積分數(shù)最大，表明t₁時刻d、e已處于平衡狀態(tài)，a、b肯定沒有達到平衡狀態(tài)，c可能處于平衡狀態(tài)；又因為達到平衡后，升高溫度水的體積分數(shù)反而減小，說明升高溫度平衡向逆反應進行，則正反應為放熱反應，即△H＜0，故答案為：＜；a、b；
②t₁時刻時，a、e容器水的體積分數(shù)相等，說明a、e容器中反應物濃度相同，又e容器溫度大于a，所以容器a中正反應速率小于容器e中正反應速率，故答案為：小于；
③CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始  3mol     7mol            0                    0
轉化  x           3x               x                    x
平衡3-x        7-3x             x                   x
根據(jù)T_d℃時，平衡水的體積分數(shù)為$\frac{1}{3}$，所以$\frac{x}{3-x+7-3x+x+x}$=$\frac{1}{3}$，解得x=2，
則根據(jù)K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）{\;}^{3}}$=$\frac{2×2}{1×1{\;}^{3}}$=4，故答案為：4；
④根據(jù)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）為體積減小的放熱反應，所以欲提高H₂的轉化率，可以降低溫度或者增大二氧化碳的量或者增大壓強，故答案為：降低溫度或者增大二氧化碳的量或者增大壓強；
（3）①某次捕捉后得到的溶液中c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1，則溶液酸堿性主要由CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，K=$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）c（OH{\;}^{-}）}{c（CO{{\;}_{3}}^{2-}）}$
=$\frac{K{\;}_{w}}{K{\;}_{2}（H{\;}_{2}CO{\;}_{3}）}$，所以c（OH^-）=$\frac{1×10{\;}^{-14}}{2×5×10{\;}^{-11}}$=10^-4，則pH=-lgc（H⁺）=10，故答案為：10；
②因為CaSO₄難溶于酸難除去，而CaCO₃易溶于酸中易除去，所以在清除鍋爐水垢的過程中，需要用Na₂CO₃將水垢中的CaSO₄轉化為CaCO₃，故答案為：CaSO₄難溶于酸，而CaCO₃易溶于酸中．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、平衡狀態(tài)的判斷、平衡常數(shù)的計算以及離子濃度的計算等知識，本題的難點在于對圖中平衡的判斷，在達到最高點之前是建立平衡的過程，在最高點之后是受溫度影響，平衡移動的過程，題目難度中等．