Question

13．減少CO₂的排放以及CO₂的資源化利用具有重要意義．
（1）用氨水捕集煙氣中的CO₂生成銨鹽，是減少CO₂排放的可行措施之一．
①寫出氨水捕集煙氣中的CO₂生成銨鹽的主要化學(xué)方程式CO₂+NH₃•H₂O═NH₄HCO₃．
②分別用不同pH的吸收劑吸收煙氣中的CO₂，CO₂脫除效率與吸收劑的pH關(guān)系如圖Ⅰ所示，CO₂脫除效率與吸收劑的pH關(guān)系是CO₂脫除效率隨吸收劑的pH增大而增大．煙氣中CO₂的含量為12%，煙氣通人氨水的流量為0.052m³/h（標(biāo)準(zhǔn)狀況），用pH為12.81的氨水吸收煙氣30min，脫除的CO₂的物質(zhì)的量為0.13mol（精確到0.01）．
③CO₂脫除效率與溫度的關(guān)系如圖Ⅱ所示．從40℃到45℃脫除CO₂效率降低的主要原因是碳酸氫銨受熱易分解生成二氧化碳．
（2）將CO₂和甲烷重整制合成氣（CO和H₂）是CO₂資源化利用的有效途徑．合成氣用于制備甲醇的反應(yīng)為
2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ/mol．
①在T℃時(shí)，容積相同的甲、乙、丙三個(gè)恒容密閉容器中，按不同方式投人反應(yīng)物，測得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下．

容器		甲	乙	丙
起始反應(yīng)物投入量		2mol H2、l mol CO	1mol CH3OH	2mol CH3OH
平	c（CH，0H）/mol/L	C1	C2	c3
衡	反應(yīng)的能量變化ZkJ	x	y	z
數(shù)	體系壓強(qiáng)/Pa	P1	P2	P3
據(jù)	反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率	a1	a2	a3

下列說法正確的是D（填字母編號）．
A.2c₁＞c₃           B．|x|+|y|＜90.1        C.2p₂＜p₃        D．a(chǎn)₁+a₃＜1
②在T℃、恒容條件下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=6.0×10^-3（kPa）^-2．若甲容器中反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)p（CH₃OH）=24.0kPa，則平衡混合氣體中CH₃OH的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為44.4%（Kp是用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算所得平衡常數(shù)，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）．

Answer 1

分析 （1）①氨水與CO₂反應(yīng)生成碳酸氫銨，據(jù)此書寫；
②根據(jù)圖1分析，CO₂脫除效率隨吸收劑的pH增大而增大；根據(jù)煙氣通人氨水的流量為0.052m³/h（標(biāo)準(zhǔn)狀況），用pH為12.81的氨水吸收煙氣30min，結(jié)合煙氣中CO₂的含量為12%計(jì)算出CO₂的量；
③根據(jù)溫度高生成的碳酸氫銨易分解生成二氧化碳分析；
（2）①A、甲、丙相比較，把甲等效為開始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物質(zhì)的量為甲的2倍，壓強(qiáng)增大，對于反應(yīng)CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)；
B、由題目可知生成1molCH₃OH的能量變化為90.8kJ，甲、乙平衡狀態(tài)相同，令平衡時(shí)甲醇為nmol，計(jì)算反應(yīng)熱數(shù)值，據(jù)此判斷；
C、比較乙、丙可知，丙中甲醇的物質(zhì)的量為乙的2倍，壓強(qiáng)增大，對于反應(yīng)CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)；
D、甲、乙處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，據(jù)此判斷；
②由2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）起始反應(yīng)物投入量2mol H₂、l mol CO，設(shè)開始時(shí)氫氣壓強(qiáng)為2P，CO壓強(qiáng)為P，列三段式，根據(jù)平衡常數(shù)Kp=6.0×10^-3（kPa）^-2，計(jì)算出平衡時(shí)的總壓，最后根據(jù)CH₃OH的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為$\frac{分壓}{總壓}$進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）①氨水與CO₂反應(yīng)生成碳酸氫銨，反應(yīng)的方程式為CO₂+NH₃•H₂O═NH₄HCO₃；故答案為：CO₂+NH₃•H₂O═NH₄HCO₃；
②根據(jù)圖1分析，CO₂脫除效率隨吸收劑的pH增大而增大；因?yàn)闊煔馔ㄈ税彼�的流量�?.052m³/h（標(biāo)準(zhǔn)狀況），所以30min通入的煙氣中含二氧化碳體積為0.052m³/h×0.5h×12%=0.00312m³，則物質(zhì)的量為$\frac{0.00312×10{\;}^{3}L}{22.4L/mol}$×91.6%=0.13mol，故答案為：CO₂脫除效率隨吸收劑的pH增大而增大；0.13mol；
③因?yàn)闇囟雀呱�成的碳酸氫銨易分解生成二氧化碳，所以從40℃到45℃脫除CO₂效率降低，故答案為：碳酸氫銨受熱易分解生成二氧化碳；
（2）①A、甲、丙相比較，把甲等效為開始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物質(zhì)的量為甲的2倍，壓強(qiáng)增大，對于反應(yīng)CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)，故2c₁＜c₃，故A錯(cuò)誤；
B、由題目可知生成1molCH₃OH的能量變化為90.8kJ，甲、乙平衡狀態(tài)相同，令平衡時(shí)甲醇為nmol，對于甲容器，a=90.8n，等于乙容器b=90.8（1-n），故a+b=90.8，故B錯(cuò)誤；
C、比較乙、丙可知，丙中甲醇的物質(zhì)的量為乙的2倍，壓強(qiáng)增大，對于反應(yīng)CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)，故2p₂＞p₃，故C錯(cuò)誤；
D、甲、乙處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，所以a₁+a₃＜1，故D正確，
故選D；
②由      2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）起始反應(yīng)物投入量2mol H₂、l mol CO，設(shè)開始時(shí)氫氣壓強(qiáng)為2P，CO壓強(qiáng)為P，
開始（kPa） 2P       P        0
轉(zhuǎn)化（kPa）48.0     24.0    24.0
平衡（kPa）2P-48    P-24    24
Kp=$\frac{24}{（2P-48）{\;}^{2}×（P-24）}$=6.0×10^-3（kPa）^-2，解得P=34.0kPa，則平衡混合氣體中CH₃OH的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為$\frac{分壓}{總壓}$=$\frac{24}{30+24}$×100%=44.4%，故答案為：44.4%；

點(diǎn)評 本題考查二氧化碳的吸收效率的實(shí)驗(yàn)探究、等效平衡問題以及平衡常數(shù)的相關(guān)計(jì)算等，難度較大，注意平衡狀態(tài)在理解等效平衡問題的應(yīng)用．