Question

【題目】對CO2的綜合利用可以實現(xiàn)經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護雙贏，對促進低碳社會的構(gòu)建具有重要意義。回答下列問題：

（1）已知：①C的燃燒熱為393.5kJ·mol-1

②H2的燃燒熱為286kJmol-1

③H2O(g)=H2O(l) △H=－44.0kJmol-1

則CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)△H=___kJmol－1。

（2）CO2合成甲醇是碳減排的一種重要方法，向1L恒容密閉容器中加入1molCO2、amolH2，在適當?shù)拇呋瘎┳饔孟�，發(fā)生反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=－48.7kJmol-1。平衡時混合氣體中CH3OH的體積分數(shù)與氫氣的物質(zhì)的量關(guān)系如圖1所示。

①有利于該反應自發(fā)進行的條件是___（填“低溫高壓”“高溫低壓”或“低溫低壓”）。

②圖1中 A、B、C三點對應的體系，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率最大的是___（填字母），判斷依據(jù)是___。

（3）利用 CO2催化加氫制乙烯，反應為 2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H。

在1L恒容密閉容器中，均加入1molCO2、3molH2，分別選用兩種催化劑，反應進行相同時間后，測得CO2轉(zhuǎn)化率[α(CO2)]隨反應溫度的變化如圖2所示。

①使用催化劑Ⅰ時反應的活化能___（填“高于”或“低于”）使用催化劑Ⅱ。

②c、d兩點的平衡常數(shù)大小關(guān)系為：Kc___Kd（填“＜”“＞”或“＝”），判斷依據(jù)是___。

（4）常溫下，可利用堿性溶液吸收CO2。用100mL0.3mol·L-1Na2CO3溶液完全吸收0.88gCO2氣體（忽略溶液體積變化）。所得溶液中：c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3)=___molL-1。

Answer 1

【答案】-90.5 低溫高壓 C 在恒容密閉容器中，CO2的濃度不變，增大H2的濃度，平衡正向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率增大 低于 ＞ 平衡后，隨著溫度升高，CO2的轉(zhuǎn)化率降低，正反應放熱，K隨溫度升高而減小 0.5

【解析】

(1)C(s)、H2(g)的燃燒熱分別是393.5kJmol-1 、285.8kJmol-1 ，則：①C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.5kJmol-1，②H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJmol-1，③H2O(l)═H2O(g)△H2=+44.0kJmol-1，根據(jù)蓋斯定律，②×2-①+③×2可得CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)，由此計算△H；

(2)①自發(fā)進行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0，該反應△H＜0、△S＜0；

②氫氣的物質(zhì)的量越多，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越大；

(3)利用 CO2催化加氫制乙烯，反應為 2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H。

在1L恒容密閉容器中，均加入1molCO2、3molH2，分別選用兩種催化劑，反應進行相同時間后，測得CO2轉(zhuǎn)化率[α(CO2)]隨反應溫度的變化如圖2所示。

①使用催化劑Ⅰ時反應速率比使用使用催化劑Ⅱ快；

②根據(jù)溫度對平衡的移動判斷平衡常數(shù)的變化；

(4)根據(jù)碳元素的物料守恒分析可得。

(1)C(s)、H2(g)的燃燒熱分別是393.5kJmol-1 、286kJmol-1 ，則：①C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.5kJmol-1，②H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJmol-1，③H2O(l)═H2O(g)△H2=+44.0kJmol-1，根據(jù)蓋斯定律，②×2-①+③×2可得CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)，由此計算△H=(-286kJmol-1)×2-(-393.5kJmol-1)+(+44.0kJmol-1)×2=-90.5kJmol－1。

(2)①自發(fā)進行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0，該反應△H＜0、△S＜0，要使該反應自發(fā)進行，應該是低溫自發(fā)；

②氫氣的物質(zhì)的量越多，平衡正向移動，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越大，所以二氧化碳轉(zhuǎn)化率最大的是C點，故答案為C；

(3)利用 CO2催化加氫制乙烯，反應為 2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H。

在1L恒容密閉容器中，均加入1molCO2、3molH2，分別選用兩種催化劑，反應進行相同時間后，測得CO2轉(zhuǎn)化率[α(CO2)]隨反應溫度的變化如圖2所示。

①由圖示知，使用催化劑Ⅰ時反應速率比使用使用催化劑Ⅱ快，則使用催化劑Ⅰ時反應的活化能低于使用催化劑Ⅱ；

②由圖示可知平衡后，隨著溫度升高，CO2的轉(zhuǎn)化率降低，正反應放熱，K隨溫度升高而減小，則c、d兩點的平衡常數(shù)大小關(guān)系為：Kc＞Kd；

(4)0.88gCO2的物質(zhì)的量為=0.02mol，用100mL0.3mol∕LNa2CO3溶液吸收0.02mol的CO2氣體，所得溶液中的碳元素的物質(zhì)的量為：0.1L×0.3mol/L+0.02mol=0.05mol，則碳元素的濃度為0.5mol/L，根據(jù)碳元素的物料守恒，則所得溶液中：c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3)=0.5mol/L。