Question

【題目】研究CO2的利用對(duì)促進(jìn)低碳社會(huì)的構(gòu)建具有重要的意義。

（1）在一定條件下將CO2和H2轉(zhuǎn)化為甲醇蒸氣和水蒸氣的相關(guān)反應(yīng)有：

CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) △H1＝＋41KJ/mol

CO(g)＋2 H2(g)CH3OH(g) △H2＝－90KJ/mol

則由甲醇蒸氣和水蒸氣轉(zhuǎn)化為CO2和H2的熱化學(xué)方程式為___________________。

（2）在一定溫度下，向2L固定容積的密閉容器中通入2molCO2、3molH2，發(fā)生反應(yīng)

CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) △H3<0．

測得CO2(g)和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間變化如圖所示。

①能說明該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是______________。

A．單位時(shí)間內(nèi)有3nmolH—H鍵斷裂，同時(shí)又有2nmolO—H鍵斷裂

B．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間變化

C．混合氣體的密度不隨時(shí)間變化

D．體系中n(CO2)/n(H2)＝1∶1，且保持不變

②下列措施能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的是__________。

A．升高溫度B．恒溫恒容下，再充入2molCO2、3molH2

C．使用高效催化劑 D．恒溫恒容充入He(g)使體系壓強(qiáng)增大

③已知該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.198，若使K的值變?yōu)?，應(yīng)采取的措施是___________。

A．升高溫度 B．降低溫度 C．增大壓強(qiáng) D．恒壓加入一定量H2

（3）捕捉CO2可以利用Na2CO3溶液。用100mL0.1 mol/LNa2CO3溶液完全捕捉0.44gCO2氣體（溶液體積不變），所得溶液中c(HCO3－)＋c(CO32－)＋c(H2CO3)＝__________mol/L

（4）用CO2和天然氣可以制備CO和H2，CO2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)。密閉容器中濃度均為0.1mol/L的CH4與CO2，在一定條件下反應(yīng)，測得CH4 的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示，則壓強(qiáng)P1 ____P2（填“>”或“<”）。若P2=3MPa，則T°C時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp =_____MPa2（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）。

Answer 1

【答案】 CH3OH（g）＋H2O（g）CO2（g）＋3H2（g）△H＝+49 kJ/mol B D B B 0.2 < 4

【解析】(1)由已知反應(yīng)①CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) △H1＝＋41KJ/mol，反應(yīng)②的逆反應(yīng)為反應(yīng)③CH3OH(g) CO(g)＋2 H2(g) △H3＝+90KJ/mol，根據(jù)蓋斯定律反應(yīng)③-①即得CH3OH(g)+ H2O(g) CO2(g)＋3H2(g) △H＝+49 kJ/mol；

(2) ①由化學(xué)平衡CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)可知，A、單位時(shí)間內(nèi)有3n mol H—H鍵斷裂，即3n mol H2(g)參加了反應(yīng)，表示的是正向速率；O—H鍵斷裂表示逆向速率，但生成物中1mol CH3OH(g)中含有1molO—H鍵，1mol H2O(g)中含有2 molO—H鍵，所以應(yīng)該是有3n molO—H鍵斷裂，故A不正確；B、混合氣體的總質(zhì)量不變，總物質(zhì)的量在改變，由M=m/n可知，當(dāng)平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間變化時(shí)，反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)，故B正確；C、混合氣體的總質(zhì)量不變，容器體積不變，由ρ=m/V可知，密度始終不變，因此當(dāng)混合氣體的密度不隨時(shí)間變化時(shí)，不能說明反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；D、由于反應(yīng)物起始量n(CO2)和n(H2)與系數(shù)不成比例，所以當(dāng)n(CO2)/n(H2)＝1∶1且保持不變時(shí)，說明反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)，故D正確。故正確答案為BD。

②由于CO2(g)是反應(yīng)物，CH3OH(g)是生成物，所以該平衡向正向移動(dòng)才能使n(CH3OH)/n(CO2)增大，又知該反應(yīng)是氣體體積縮小的放熱反應(yīng)。則A、升高溫度，該平衡向逆向移動(dòng)，故A錯(cuò)誤；B、恒溫恒容下，再充入2mol CO2、3mol H2，相當(dāng)于加壓，則平衡正向移動(dòng)，故B正確；C、使用催化劑只是加快了反應(yīng)速率，但平衡不移動(dòng)，故C錯(cuò)誤；D、恒溫恒容充入He(g)，盡管能使總壓強(qiáng)增大，但反應(yīng)體系的分壓不變，即反應(yīng)混合物的濃度都不變，所以平衡不移動(dòng)，故D錯(cuò)誤；因此正確答案為B。

③已知該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，且平衡常數(shù)K只隨溫度的變化而改變，要使平衡常數(shù)K值增大，則平衡正向移動(dòng)，所以采取的措施就是降低溫度，即正確答案為B。

(3)已知Na2CO3與CO2反應(yīng)的方程式為Na2CO3＋CO2＋H2O2NaHCO3，n(Na2CO3)= 0.10 L×0.1 mol/L=0.01 mol，n(CO2)=，因此二者恰好完全反應(yīng)生成0.02mol的NaHCO3，由于HCO3－既能水解生成H2CO3，又能電離生成CO32－，根據(jù)物料守恒可得，溶液中c(HCO3－)＋c(CO32－)＋c(H2CO3)＝0.02mol/0.1L=0.2 mol/L。

(4)由圖象可知CH4 的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大，在壓強(qiáng)為P1時(shí)CH4 的平衡轉(zhuǎn)化率變化慢，而壓強(qiáng)P2時(shí)，CH4 的平衡轉(zhuǎn)化率變化快，且在相同溫度下，由P2轉(zhuǎn)化P1時(shí)，CH4 的平衡轉(zhuǎn)化率增大，說明平衡正向移動(dòng)，這是一個(gè)氣體體積增大的反應(yīng)，則減小壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，所以P1< P2；設(shè)容器的體積為1L，由圖象可知，平衡時(shí)n(CH4)=n(CO2) =0.1mol/L×1L×(1-50%)=0.05 mol，n(H2)=n(CO)=0.1mol L×1L×50%×2=0.1 mol，所以p(CH4)= p(CO2)=P2× = 0.5 MPa，p(H2)= p(CO)=P2× = 1.0 MPa，所以Kp= = = 4 (Mpa)2。