Question

10．在一定條件下，科學(xué)家利用從煙道氣中分離出的CO₂與太陽能電池電解水產(chǎn)生的H₂合成甲醇，其過程如圖所示，試回答下列問題：

（1）該合成路線對于環(huán)境保護(hù)的價值在于減少煙道氣中二氧化碳排放到空氣中造成溫室效應(yīng)．
（2）15～20%的乙醇胺（HOCH₂CH₂NH₂）水溶液具有弱堿性，上述合成線路中用作CO₂吸收劑．用離子方程式表示乙醇胺水溶液呈弱堿性的原因：HOCH₂CH₂NH₂+H₂O?HOCH₂CH₂NH₃⁺+OH^-；．
（3）CH₃OH（l）、H₂的燃燒熱分別為：△H=-725.5kJ/mol、△H=-285.8kJ/mol，寫出工業(yè)上以CO₂、H₂合成CH₃OH的熱化學(xué)方程式：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-131.9KJ/mol．
（4）據(jù)報道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇也已成為現(xiàn)實(shí)．
2CO₂（g）+6H₂（g），CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）；下列敘述正確的是acd．
a．使用催化劑可能大大提高生產(chǎn)效率
b．反應(yīng)需在300℃進(jìn)行可推測該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)
c．充入過量CO₂氣體可提高H₂的轉(zhuǎn)化率
d．從平衡混合氣體中分離出CH₃CH₂OH和H₂O可提高CO₂和H₂的利用率
（5）在一定體積的密閉容器中，CO₂和H₂也可以進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)：
CO₂（g）+H₂（g）           CO（g）+H₂O（g），
其化學(xué)平衡常數(shù)K和溫度T的關(guān)系如表所示：

T/℃	700	800	830	1000	1200
K	0.6	0.9	1.0	1.7	2.6

回答下列問題：
①該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）．
②能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是BC．
A．容器中壓強(qiáng)不變        B．混合氣體中c（CO）不變      C．v（H₂）_正=v（H₂O）_逆
D．c（CO）=c（H₂） E．混合氣體的密度保持不變    F．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變
③在800℃時，發(fā)生上述反應(yīng)，某一時刻測得容器內(nèi)各物質(zhì)的濃度分別為c（CO₂）為2mol/L，c（H₂）為 1.5mol/L，c（CO） 為 1mol/L，c（H₂O） 為 3mol/L，則下一時刻，反應(yīng)向逆向移動（填“正向”“逆向”或“不”）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)二氧化碳產(chǎn)生的危害進(jìn)行分析；
（2）氨基結(jié)合水電離平衡中的氫離子，促進(jìn)水電離平衡正向進(jìn)行，氫氧根離子濃度增大，溶液顯堿性；
（3）利用蓋斯定律計算反應(yīng)熱，并書寫熱化學(xué)方程式；
（4）根據(jù)催化劑、溫度、濃度對化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響來分析解答，并注意吸熱反應(yīng)與反應(yīng)的條件無關(guān)；
（5）①根據(jù)溫度對化學(xué)平衡、化學(xué)平衡常數(shù)的影響來回答，平衡常數(shù)隨溫度升高增大，說明平衡正向進(jìn)行；
②化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志：正逆反應(yīng)速率相等，個組分含量保持不變，據(jù)此回答判斷；
③根據(jù)800℃時，Qc與K比較判斷反應(yīng)方向，如果Qc＞K，則反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動，如果Qc=K，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，如果Qc＜K，則反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動．

解答 解：（1）二氧化碳會產(chǎn)生溫室效應(yīng)，而本題中的反應(yīng)恰好消耗了二氧化碳，有利于防止溫室效應(yīng)，
故答案為：減少煙道氣中二氧化碳排放到空氣中造成溫室效應(yīng)；
（2）乙醇胺水溶液呈弱堿性是取代基氨基結(jié)合氫離子，使溶液中的氫氧根離子濃度增大，反應(yīng)的離子方程式為：HOCH₂CH₂NH₂+H₂O?HOCH₂CH₂NH₃⁺+OH^-，
故答案為：HOCH₂CH₂NH₂+H₂O?HOCH₂CH₂NH₃⁺+OH^-；
（3）甲醇和氫氣的燃燒熱書寫其熱化學(xué)方程式分別為：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l），△H₁=-1451kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l），△H₂=-571.6KJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）
可以看成是方程式$\frac{3}{2}$×②-①×$\frac{1}{2}$；所以△H=×$\frac{3}{2}$（-571.6KJ/mol）-（-1451kJ/mol）×$\frac{1}{2}$=-131.9KJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-131.9KJ/mol；
（4）a、因催化劑能提高化學(xué)反應(yīng)速率，加快反應(yīng)進(jìn)行，則在一定時間內(nèi)提高了生產(chǎn)效率，故a對；
b、反應(yīng)需在300℃進(jìn)行是為了獲得較快的反應(yīng)速率，不能說明反應(yīng)是吸熱還是放熱，故b錯；
c、充入大量CO₂氣體，能使平衡正向移動，提高H₂的轉(zhuǎn)化率，故c對；
d、從平衡混合物中及時分離出產(chǎn)物，使平衡正向移動，可提高CO₂和H₂的轉(zhuǎn)化率，故d對；
故選acd；
故答案為：acd；
（5）①化學(xué)平衡常數(shù)的大小只與溫度有關(guān)，升高溫度，平衡向吸熱的方向移動，由表可知：升高溫度，化學(xué)平衡常數(shù)增大，說明化學(xué)平衡正向移動，因此正反應(yīng)方向吸熱，
故答案為：吸熱；
②A、反應(yīng)是一個反應(yīng)前后體積不變的反應(yīng)，壓強(qiáng)的改變不會要引起平衡移動，故A錯誤；
B、化學(xué)平衡時，各組分的濃度不隨時間的改變而改變，故B正確；
C、化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志是v_正=v_逆，所以v_正（H₂）=v_逆（H₂O）表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
D、c（CO₂）=c（CO）時，不能表明正逆反應(yīng)速率相等，不一定達(dá)到了平衡狀態(tài)，故D錯誤；
E、反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，質(zhì)量不變，混合氣體的密度始終保持不變，故E錯誤；
F、反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，質(zhì)量不變，平均相對分子質(zhì)量始終不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故F錯誤；
故選BC；
③Qc=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$=$\frac{1mol/L×3mol/L}{2mol/L×1.5mol/L}$=1＞K，所以化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動，故答案為：逆向．

點(diǎn)評 本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計算應(yīng)用，化學(xué)平衡常數(shù)的影響因素判斷，化學(xué)平衡的計算等知識，明確平衡常數(shù)的計算方法及平衡常數(shù)與反應(yīng)方程式的關(guān)系、平衡的判定是關(guān)鍵，題目難度中等．