Question

【題目】“一帶路”為中國化工企業(yè)開辟了新的國際市場(chǎng)，能源環(huán)保是基礎(chǔ)。在能源領(lǐng)域科學(xué)家提出構(gòu)想——富集空氣中的CO2，并使之與H2反應(yīng)生成可再生能源甲醇.流程如下：

(1)在合成塔中，若有4400gCO2與足量H2完全反應(yīng)，生成氣態(tài)的H2O和氣態(tài)甲醇，可放出5370kJ的熱量,寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式________________。

(2)一定條件下，向2L恒容密閉容器中充入1molCO2和3molH2在不同催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)I、反應(yīng)II、反應(yīng)III，相同時(shí)間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如圖1所示:

①催化效果最佳的反應(yīng)是_________(填“反應(yīng)I”、“反應(yīng)II”、“反應(yīng)III”)。

②b點(diǎn)反應(yīng)速率v(正)______v(逆) (填“>”、“=”或“<”)。

③若此反應(yīng)在a點(diǎn)時(shí)已達(dá)平衡狀態(tài)，a點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率比c點(diǎn)高的原因是_________。

(3)選取合適的催化劑發(fā)生上述反應(yīng)，測(cè)得甲醇的產(chǎn)率與反應(yīng)溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2。

④分析圖中數(shù)據(jù)可知,在220℃、5.0MPa時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率為________；將溫度降低至140℃、壓強(qiáng)減小至2.0MPa，CO2的轉(zhuǎn)化率將_______(填“增大”、“減小”或“不變”)。

⑤200℃、2.0MPa時(shí)，將amol/LCO2和3amol/LH2充入VL密閉容器中，在催化劑作用下反應(yīng)達(dá)到平衡。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計(jì)算所得甲醇的質(zhì)量______g(用含a、V的代數(shù)式表示)。

(4)用NaOH溶液吸收CO2所得飽和碳酸鈉溶液可以對(duì)廢舊電池中的鉛膏(主要成分PbSO4)進(jìn)行脫硫反應(yīng)。已知Ksp(PbSO4)=1.6×10-8，Ksp(PbCO3)=7.4×10-14，PbSO4(s)+CO32-(aq)==PbCO3(s)+SO42-(aq)，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=___(保留三位有效數(shù)字)；若在其溶液中加入少量Pb(NO3)2晶體，則c(SO42-):c(CO32-)的比值將_____(填“增大”、“減小”或“不變”)。

Answer 1

【答案】 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-53.7kJ/mol 反應(yīng)I ＞ 該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高,平衡逆向移動(dòng) 25% 增大 4.8aV 2.16×105 不變

【解析】分析：（1）根據(jù)參加反應(yīng)的CO2的物質(zhì)的量結(jié)合放出的熱量解答；

（2）①根據(jù)相同條件下CO2的轉(zhuǎn)化率越高催化效果越好分析；

②根據(jù)b點(diǎn)在曲線下方轉(zhuǎn)化率低分析解答；

③根據(jù)溫度對(duì)平衡狀態(tài)的影響分析；

（3）④根據(jù)在220℃、5.0MPa時(shí)甲醇的產(chǎn)率是25%計(jì)算；根據(jù)圖像分析；

⑤根據(jù)在200℃、2.0MPa時(shí)甲醇的產(chǎn)率是1%計(jì)算；

（4）根據(jù)平衡常數(shù)的含義、影響因素結(jié)合方程式計(jì)算與判斷。

詳解：（1）4400gCO2的物質(zhì)的量是100mol，放出的熱量是5370kJ，則1molCO2完全反應(yīng)放出的熱量是53.70kJ，因此該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-53.7kJ/mol

（2）①根據(jù)圖像可知在相同條件下反應(yīng)I中CO2的轉(zhuǎn)化率最高，則催化效果最佳的反應(yīng)是反應(yīng)I。

②b點(diǎn)在曲線下方，轉(zhuǎn)化率低，在達(dá)到平衡的過程中CO2的轉(zhuǎn)化率升高，這說明此時(shí)反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，則反應(yīng)速率v(正)＞v(逆)。

③由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，因此a點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率比c點(diǎn)高。

（3）④在220℃、5.0MPa時(shí)甲醇的產(chǎn)率是25%，則

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始量（mol） 1 3 0 0

轉(zhuǎn)化量（mol） x 3x x x

平衡量（mol） 1－x 3－3x x x

由于此時(shí)甲醇的產(chǎn)率是25%，則x＝0.25，因此CO2的轉(zhuǎn)化率為3x/3×100%＝25%；根據(jù)圖像曲線變化可知將溫度降低至140℃、壓強(qiáng)減小至2.0MPa時(shí)甲醇的產(chǎn)率增大，因此CO2的轉(zhuǎn)化率將增大。

⑤在200℃、2.0MPa時(shí)甲醇的產(chǎn)率是15%，則

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始量（mol） aV 3aV 0 0

轉(zhuǎn)化量（mol） y 3y y y

平衡量（mol） aV－y 3aV－3y y y

此時(shí)甲醇的產(chǎn)率是0.15，則y＝0.15aV，因此所得甲醇的質(zhì)量0.15aV×32 g＝4.8aV g；

（4）根據(jù)方程式可知該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝。若在其溶液中加入少量Pb(NO3)2晶體，由于平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)系，則根據(jù)該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式可知c(SO42-)：c(CO32-)的比值不變。