Question

2．諾貝爾化學(xué)獎獲得者喬治•歐拉教授率領(lǐng)團(tuán)隊首次采用金屬釕作催化劑，從空氣中捕獲CO₂直接轉(zhuǎn)化為甲醇，為通往未來“甲醇經(jīng)濟(jì)”邁出了重要一步，并依據(jù)該原理開發(fā)如圖1所示轉(zhuǎn)化．

（1）CO₂中含有的化學(xué)鍵類型是極性共價鍵．
（2）將生成的甲醇（沸點(diǎn)為64.7℃）與水分離可采取的方法是蒸餾．
（3）圖1所示轉(zhuǎn)化中，由第1步至第4步的反應(yīng)熱（△H）依次是a kJ/mol、b kJ/mol、c kJ/mol、d kJ/mol，則該轉(zhuǎn)化總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=（a+b+c+d）kJ/mol．
（4）500℃時，利用金屬釕做催化劑，在固定容積的密閉容器中可直接實(shí)現(xiàn)如（3）中轉(zhuǎn)化得到甲醇．測得該反應(yīng)體系中X、Y濃度隨時間變化如圖2．
①Y的化學(xué)式是，判斷的理由是Y隨反應(yīng)進(jìn)行濃度減小，因此Y為反應(yīng)物，且其相同時間內(nèi)轉(zhuǎn)化量與X相同，則其在方程式中的化學(xué)計量數(shù)應(yīng)與X相同，因此Y是CO₂．
②下列說法正確的是abc（選填字母）．
a．Y的轉(zhuǎn)化率是75%
b．其他條件不變時，若在恒壓條件下進(jìn)行該反應(yīng)，Y的轉(zhuǎn)化率高于75%
c．升高溫度使該反應(yīng)的平衡常數(shù)K增大，則可知該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)
d．金屬釕可大大提高該反應(yīng)中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率
③從反應(yīng)開始到平衡，用氫氣表示的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）．

Answer 1

分析 （1）CO₂中含有極性共價鍵；
（2）互溶沸點(diǎn)不同的液體混合物用蒸餾的方法分離；
（3）根據(jù)蓋斯定律，可知反應(yīng)熱的大小與起態(tài)和始態(tài)有關(guān)與過程無關(guān)；
（4）①由圖可知X的量在增加，Y的量再減少，而且變化量相同，所以Y是反應(yīng)物，而且計量數(shù)與生成物的計量數(shù)相同；
②a．Y的轉(zhuǎn)化率是$\frac{1-0.25}{1}×100%$=75%；
b．因?yàn)檎�反�?yīng)是氣體體積減少的反應(yīng)，所以其他條件不變時，若在恒壓條件下進(jìn)行該反應(yīng)，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，Y的轉(zhuǎn)化率變大；
c．升高溫度使該反應(yīng)的平衡常數(shù)K增大，則可知該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；
d．催化劑只改變反應(yīng)的速率，但平衡不移動；
③速率之比等于對應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比，結(jié)合v=$\frac{△c}{△t}$進(jìn)行計算．

解答 解：（1）CO₂中含有極性共價鍵，故答案為：極性共價；
（2）甲醇（沸點(diǎn)為64.7℃）與水的沸點(diǎn)不同，所以用蒸餾的方法分離，故答案為：蒸餾；
（3）根據(jù)蓋斯定律，可知反應(yīng)熱的大小與起態(tài)和始態(tài)有關(guān)與過程無關(guān)，所以該轉(zhuǎn)化總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=（a+b+c+d） kJ/mol，故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=（a+b+c+d） kJ/mol；
（4）①由圖可知X的量在增加，Y的量再減少，而且變化量相同，所以Y是反應(yīng)物，而且計量數(shù)與生成物的計量數(shù)相同，所以Y是CO₂，故答案為：CO₂；Y隨反應(yīng)進(jìn)行濃度減小，因此Y為反應(yīng)物，且其相同時間內(nèi)轉(zhuǎn)化量與X相同，則其在方程式中的化學(xué)計量數(shù)應(yīng)與X相同，因此Y是CO₂；
②a．Y的轉(zhuǎn)化率是$\frac{1-0.25}{1}×100%$=75%，故正確；
b．因?yàn)檎�反�?yīng)是氣體體積減少的反應(yīng)，所以其他條件不變時，若在恒壓條件下進(jìn)行該反應(yīng)，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，Y的轉(zhuǎn)化率變大，故正確；
c．升高溫度使該反應(yīng)的平衡常數(shù)K增大，則可知該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故正確；
d．催化劑只改變反應(yīng)的速率，但平衡不移動，故錯誤；
故選：abc；
③v（CO₂）=$\frac{0.75}{10}$=0.075mol/（L•min），而v（H₂）=$\frac{1}{3}$v（CO₂）=0.225 mol/（L•min），故答案為：0.225．

點(diǎn)評 本題為綜合題，涉及化學(xué)平衡影響因素分析、化學(xué)反應(yīng)速率的計算、反應(yīng)熱的計算、熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫等知識點(diǎn)，注重高考常考考點(diǎn)的考查，題目難度中等．