Question

研究表明豐富的CO₂完全可以作為新碳源，解決當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的碳源（石油和天然氣）到本世紀(jì)中葉將枯竭的危機(jī)，同時(shí)又可緩解由CO₂累積所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)CO₂的良性循環(huán)
（1）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂和H₂在230℃催化劑條件下轉(zhuǎn)化生成甲醇蒸汽和水蒸氣．如圖表示恒壓容器中0.5 mol CO₂和1.5 mol H₂轉(zhuǎn)化率達(dá)80%時(shí)的能量變化示意圖如圖1．

寫(xiě)出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式

 

．
（2）工業(yè)上可用CO₂與H₂反應(yīng)生成甲醇，在T℃下，將1molC O ₂和2molH₂充入5L恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)為CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），測(cè)得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化情況如圖2曲線I所示

①按曲線I計(jì)算反應(yīng)從0到4min時(shí)，V（H₂）=

 

②在T℃下，若僅改變的外界條件為

 

，反應(yīng)按曲線Ⅱ進(jìn)行，計(jì)算達(dá)到平衡時(shí)容器中c（CO₂）=

 

③判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡的依據(jù)為

 

（填正確選項(xiàng)字母）
A混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間改變
B3v（H₂）正=v（CH₃OH）逆
C混合氣體的壓強(qiáng)不隨時(shí)間改變
D單位時(shí)間內(nèi)生成CH₃OH和H₂O的物質(zhì)的量相同
（3）以二氧化鈦表面覆蓋Cu₂Al₂O₄為催化劑，可以將CO₂和CH₄直接轉(zhuǎn)化成乙酸
①在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖所示，250～300℃時(shí)，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是

 

②將Cu₂Al₂O₄溶解在稀硝酸的離子方程式為

 

（4）Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂
①如果尋找吸收CO₂的其他物質(zhì)，下列建議合理的是

 

a可在堿性氧化物中尋找
b可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中尋找
c可在具有強(qiáng)氧化性的物質(zhì)中尋找
②Li₂O吸收CO₂后，產(chǎn)物用于合成Li₄SiO₄用于吸收、釋放CO₂，原理是在500℃，CO₂與Li₄SiO₄接觸后生成Li₂CO₃，平衡后加熱至700℃，反應(yīng)逆向進(jìn)行，放出CO₂，Li₄SiO₄再生，說(shuō)明該原理的化學(xué)方程式是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：

分析：（1）①根據(jù)圖1可知0.5mol CO₂和1.5mol H₂轉(zhuǎn)化率達(dá)80%時(shí)放熱23-3.4=19.6KJ，然后按比例計(jì)算：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的△H得出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
（2）①根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率等于物質(zhì)濃度的變化量和時(shí)間的比值來(lái)計(jì)算回答；
②根據(jù)到達(dá)平衡的時(shí)間減少，氫氣也減少，說(shuō)明改變了二氧化碳的濃度，先計(jì)算出曲線 I達(dá)到平衡時(shí)的平衡常數(shù)，根據(jù)溫度不變，平衡常數(shù)不變?cè)儆?jì)算出曲線II達(dá)到平衡時(shí)CO₂的濃度；
③依據(jù)反應(yīng)平衡標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量不變分析選項(xiàng)；
（3）（2）①根據(jù)溫度對(duì)催化劑活性的影響；
②先將Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O?Al₂O₃，再根據(jù)氧化物與酸反應(yīng)生成離子方程式，需要注意的是一價(jià)銅具有還原性；
（4）①二氧化碳為酸性氣體，Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂與氧化性無(wú)關(guān)；
②在500℃，CO₂與Li₄SiO₄接觸后生成Li₂CO₃和另一種鹽，該鹽為L(zhǎng)i₂SiO₃，據(jù)此書(shū)寫(xiě)反應(yīng)原理方程式．

解答： 解：（1）①根據(jù)圖1可知0.5mol CO₂和1.5mol H₂轉(zhuǎn)化率達(dá)80%時(shí)放熱23-3.4=19.6KJ，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-

19.6

80%

×2=-49kJ?mol^-1，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49 kJ?mol^-1；
（2）①V（H₂）=

2mol-1mol 5L

4min

=0.05mol/（L?min），故答案為：0.05mol/（L?min）；
②根據(jù)到達(dá)平衡的時(shí)間減少，氫氣也減少，平衡正移，說(shuō)明增大二氧化碳的濃度；
                CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）  0.2       0.4         0         0
變化量（mol/L） 

0.2

3

        0.2    

0.2

3

       

0.2

3

平衡量（mol/L） 

0.4

3

       0.2       

0.2

3

        

0.2

3

平衡常數(shù)K=

1

24

Ⅱ圖象中 設(shè)平衡時(shí)二氧化碳濃度為x
                 CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）           0.4         0       0
變化量（mol/L）   0.1       0.3       0.1       0.1
平衡量（mol/L）   x       0.1         0.1      0.1
溫度不變，平衡常數(shù)不變K=

1

24

=

0．12

0．13x

，x=2.4mol/L
故答案為：增大二氧化碳的濃度；2.4mol/L；
③CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)；
A．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，物質(zhì)的量減小，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間改變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．v（H₂）正=3v（CH₃OH）逆，說(shuō)明甲醇正逆反應(yīng)速率相同，反應(yīng)達(dá)到平衡，3v（H₂）正=v（CH₃OH）逆不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量減小，混合氣體的壓強(qiáng)不隨時(shí)間改變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．單位時(shí)間內(nèi)生成CH₃OH和H₂O的物質(zhì)的量相同，說(shuō)明反應(yīng)正向進(jìn)行，不能酸鈉反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；
故答案為：AC；
（3）①溫度超過(guò)250℃時(shí)，催化劑的催化效率降低，所以溫度升高而乙酸的生成速率降低，故答案：溫度超過(guò)250℃時(shí)，催化劑的催化效率降低；
②Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O?Al₂O₃，與酸反應(yīng)生成離子方程式：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O，
故答案為：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O；
（4）①a．Li₂O、Na₂O、MgO均屬于堿性氧化物，均能吸收酸性氧化物CO₂，可在堿性氧化物中尋找吸收CO₂的其他物質(zhì)，故a正確；
b．Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂，鈉、鎂為ⅠA、ⅡA族元素，所以可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中尋找吸收CO₂的其他物質(zhì)，故b正確；
c．Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂，但它們都沒(méi)有強(qiáng)氧化性，且吸收二氧化碳與氧化還原無(wú)關(guān)，故c錯(cuò)誤；
故答案為：ab；
②在500℃，CO₂與Li₄SiO₄接觸后生成Li₂CO₃，反應(yīng)物為CO₂與Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根據(jù)質(zhì)量守恒可知產(chǎn)物還有Li₂SiO₃，所以化學(xué)方程式為：CO₂+Li₄SiO₄?Li₂CO₃+Li₂SiO₃，
故答案為：CO₂+Li₄SiO₄?Li₂CO₃+Li₂SiO₃．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)方法，化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡狀態(tài)影響因素分析應(yīng)用，平衡計(jì)算的理解應(yīng)用，平衡常數(shù)計(jì)算分析，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．