Question

能源短缺是人類將要面臨的一個重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應用前景．
（1）“原子經(jīng)濟性”強調(diào)在化學品合成過程中，應盡可能把原材料都轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物．工業(yè)上一般采用下列兩種反應合成甲醇：
反應Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反應Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
①上述反應符合“原子經(jīng)濟性”原則的是

 

（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）；
②反應Ⅱ的平衡常數(shù)表達式是

 

③下表所列數(shù)據(jù)是反應Ⅰ在不同溫度下的化學平衡常數(shù)（K）

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中數(shù)據(jù)判斷△H

 

0（填“＞”、“=”或“＜”）．
④某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol?L^-1，則CO的轉(zhuǎn)化率為

 

（2）燃料燃燒會產(chǎn)生溫室氣體，捕碳技術（主要指捕獲CO₂）在降低溫室氣體排放中具有重要的作用．目前（NH₄）₂CO₃已經(jīng)被用作工業(yè)捕碳劑，它與CO₂可發(fā)生如下可逆反應：
（NH₄）₂CO₃（aq）+H₂O（l）+CO₂（g）?2（NH₄）₂HCO₃（aq）△H＜0
為研究溫度對（NH₄）₂CO₃捕獲CO₂效率的影響，在某溫度T₁下，將一定量的（NH₄）₂CO₃溶液置于密閉容器中，并充入一定量的CO₂氣體（用氮氣作為稀釋劑），在t時刻，測得容器中CO₂氣體的濃度．然后分別在溫度為T₂、T₃、T₄、T₅下，保持其它初始實驗條件不變，重復上述實驗，經(jīng)過相同時間測得CO₂氣體濃度，得到趨勢圖（見圖）．則：
①在T₁～T₂及T₄～T₅二個溫度區(qū)間，容器內(nèi)CO₂氣體濃度呈現(xiàn)如圖所示的變化趨勢，其原因是

 

②利用該原理捕獲CO₂，在（NH₄）₂CO₃初始濃度和體積確定的情況下，提高CO₂吸收量的措施有

 

（寫出2個）
③下列物質(zhì)中也可能作為CO₂捕獲劑的是

 

．
A．NH₄ClB．Na₂CO₃     C．CH₃OH        D．NH₃．

Answer 1

考點：化學平衡常數(shù)的含義,化學平衡的計算

專題：化學平衡專題

分析：（1）①“原子經(jīng)濟性”是指在化學品合成過程中，合成方法和工藝應被設計成能把反應過程中所用的所有原材料盡可能多的轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中；
②依據(jù)化學方程式和平衡常數(shù)概念書寫表達式；
③依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，平衡常數(shù)隨溫度升高減小，平衡逆向進行，逆反應為吸熱反應，該反應為放熱反應；
④根據(jù)一氧化碳的平衡濃度計算平衡時一氧化碳的物質(zhì)的量，再根據(jù)轉(zhuǎn)化率公式計算其轉(zhuǎn)化率；
（2）①溫度升高，c（CO₂）增大，平衡逆向移動，說明反應Ⅲ是放熱反應（△H₃＜0），T₁-T₂區(qū)間，化學反應未達到平衡狀態(tài)，溫度越高，化學反應速率越快，所以CO₂被捕獲的量隨著溫度的升高而提高．T₃-T₄區(qū)間，化學反應已達到平衡狀態(tài)，由于正反應為放熱反應，溫度升高平衡向逆反應方向移動，所以不利于CO₂的捕獲
反應Ⅲ在溫度為T₁時建立平衡后（由圖2可知：溶液pH不隨時間變化而變化），迅速上升到T₂并維持溫度不變，平衡逆向移動，溶液pH增大，在T₂時又建立新的平衡；
②根據(jù)平衡移動原理分析；
③具有堿性的物質(zhì)均能捕獲CO₂．

解答： 解：（1）①根據(jù)原子經(jīng)濟知，Ⅰ沒有副產(chǎn)物，符合原子經(jīng)濟理念，Ⅱ中有副產(chǎn)物，不符合原子經(jīng)濟理念；
故答案為：Ⅰ；
②反應Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），反應的平衡常數(shù)K=

c(H2O)c(CH3OH)

c(CO2)c3(H2)

；
故答案為：

c(H2O)c(CH3OH)

c(CO2)c3(H2)

；
③根據(jù)圖象知，反應物總能量大于生成物總能量，所以該反應是放熱反應，則△H₁＜0，故答案為：＜；
④平衡時剩余一氧化碳的物質(zhì)的量=0.2mol/L×2L=0.4mol，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率=

(2-0.4)mol

2mol

×100%=80%，故答案為：80%；
（2）①由圖1可知：在溫度為T₃時反應達平衡，此后溫度升高，c（CO₂）增大，平衡逆向移動，說明反應Ⅲ是放熱反應△H₃＜0，在T₃前反應未建立平衡，無論在什么溫度下（NH₄）₂CO₃ （aq）總是捕獲CO₂，故c（CO₂）減小，T₁-T₂區(qū)間，化學反應未達到平衡，溫度越高，化學反應的速率越快，所以CO₂被捕獲的量隨溫度升高而提高，T₄-T₅區(qū)間，化學反應已達到平衡，由于正反應是放熱反應，溫度升高平衡向逆反應方向移動，所以不利于CO₂的捕獲；
故答案為：T₁-T₂區(qū)間，化學反應未達到平衡，溫度越高，化學反應的速率越快，所以CO₂被捕獲的量隨溫度升高而提高．T₄-T₅區(qū)間，化學反應已達到平衡，由于正反應是放熱反應，溫度升高平衡向逆反應方向移動，所以不利于CO₂的捕獲；
②根據(jù)平衡移動原理，降低溫度或增大c（CO₂），故答案為：降低溫度，增大CO₂濃度；
③具有堿性的物質(zhì)均能捕獲CO₂，反應如下：Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃；HOCH₂CH₂NH₂+CO₂+H₂O=HOCH₂CH₂NH₃⁺+HCO₃^-，故答案為：B、D．

點評：本題考查“原子經(jīng)濟性”概念的理解、化學平衡常數(shù)、化學平衡計算、反應中能量的變化等，熟練掌握基礎是關鍵，難度較大．