Question

【題目】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和環(huán)保要求的不斷提高，CO2的捕集利用技術(shù)成為研究新的熱點(diǎn)。 完成下列問(wèn)題：

(1)CO2催化加氫合成CH3OCH3是一種CO2轉(zhuǎn)化方法，其過(guò)程中主要發(fā)生下列反應(yīng)：

反應(yīng)I：

反應(yīng)Ⅱ：

①寫(xiě)出CO和H2合成CH3OCH3的熱化學(xué)方程式____。

②分別在2L恒溫密閉容器甲（恒溫恒容）、乙（恒溫恒壓）中，加入CO2和H2各1 mol的混合氣體，假設(shè)只發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，則兩容器中反應(yīng)達(dá)平衡后放出或吸收的熱量較多的是____（填“甲”或“乙”）。當(dāng)反應(yīng)5 min時(shí)，測(cè)得甲容器中壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉?lái)的一半，則用CO2表示的反應(yīng)的速率= ___。

③在恒壓、CO2和H2的起始量一定的條件下，CO2平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時(shí)CH3OCH3的選擇性隨溫度的變化如圖。其中：

i)溫度高于300℃，溫度對(duì)CO2平衡轉(zhuǎn)化率影響較大的是反應(yīng)____（填“I”或“Ⅱ”）。

ii)220℃時(shí)，在催化劑作用下CO2與H2反應(yīng)一段時(shí)間后，測(cè)得CH3OCH3的選擇性為48%（圖中A點(diǎn)）。不改變反應(yīng)時(shí)間和溫度，一定能提高CH3OCH3選擇性的措施可以是____（任答一條）。

(2)CO2可以被NaOH溶液捕獲。若所得溶液pH=13，CO2主要轉(zhuǎn)化為____（寫(xiě)離子符號(hào)）；若所得溶液c(HCO3-):c(CO32-)=1:5，溶液pH= ___。（室溫下，H2CO3的）

Answer 1

【答案】 乙 0.05mol/(L·min) Ⅰ 增大壓強(qiáng)或使用對(duì)反應(yīng)Ⅱ催化活性更高的催化劑或其他合理答案 CO32- 11

【解析】

(1)①先寫(xiě)出CO和H2反應(yīng)的方程式，該反應(yīng)方程式為2CO＋4H2=CH3OCH3＋H2O，然后根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行分析；

②根據(jù)方程式的特點(diǎn)和壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響分析；壓強(qiáng)變?yōu)橐话�，在相同的條件下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，即氣體物質(zhì)的量變?yōu)樵瓉?lái)的一半，然后進(jìn)行分析；

③i)根據(jù)圖像，溫度高于300℃時(shí)，CH3OCH3的選擇性迅速降低，而CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大，據(jù)此分析；

ii)增大CH3OCH3選擇性，即增大CH3OCH3的物質(zhì)的量，不改變反應(yīng)時(shí)間和溫度，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行或加快反應(yīng)速率，據(jù)此分析；

(2)CO2與NaOH反應(yīng)，產(chǎn)物可能是Na2CO3，也可能是NaHCO3，也可能是兩者的混合物，需要根據(jù)碳酸的二級(jí)電離平衡常數(shù)進(jìn)行分析和對(duì)比；

(1) ①CO和H2反應(yīng)的方程式為2CO＋4H2=CH3OCH3＋H2O，根據(jù)蓋斯定律，將反應(yīng)II－2×反應(yīng)I，2CO(g)＋4H2(g)=CH3OCH3(g)＋H2O(g) △H=－204.9kJ·mol－1；

②反應(yīng)II是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，恒溫恒容容器內(nèi)的氣體壓強(qiáng)減小，恒溫恒壓相當(dāng)于在恒溫恒容基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，增大壓強(qiáng)，該反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，放出的熱量增多，即乙容器放出的熱量較多；甲容器為恒溫恒容，5min時(shí)甲容器內(nèi)的壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉?lái)的一半，則氣體物質(zhì)的量變?yōu)樵瓉?lái)的一半，，解得n（CO2）=0.5mol，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的表達(dá)式為υ(CO2)==0.05mol/(L·min)；

③i)根據(jù)圖像，溫度高于300℃時(shí)，CH3OCH3的選擇性迅速降低，反應(yīng)II向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，CO2的轉(zhuǎn)化率降低；反應(yīng)I是吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向反應(yīng)，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，根據(jù)圖像，溫度高于300℃時(shí)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大，說(shuō)明溫度對(duì)CO2平衡轉(zhuǎn)化率影響較大的是反應(yīng)I；

ii)在不改變時(shí)間和溫度情況下，一定能提高CH3OCH3選擇性措施的是增大壓強(qiáng)或使用對(duì)反應(yīng)II催化活性更高的催化劑；

(2)Ka2=，所得溶液的pH=13，即c(H＋)=10－13mol·L－1， =5×10－11，=500，c(CO32－)>c(HCO3－)，CO2主要轉(zhuǎn)化為CO32－；所得溶液c(HCO3－)：c(CO32－)=1：5，代入Ka2==5×10－11，=5×10－11，c(H＋)=1×10－11mol·L－1，即此時(shí)溶液的pH=11。