Question

CaO循环吸收CO₂法是一种常用的技术，在降低温室气体CO₂排放中具有重要的作用，其原理为CaO先与CO₂反应生成CaCO₃，反应一段时间后，对生成的CaCO₃加热使其分解生成CaO，然后再利用生成CaO来吸收CO₂，如此循环下去．某研究小组在体积相同的密闭容器中，各充入28gCaO和足量含CO₂的混合气体（其他成分不与CaO反应）研究得温度和颗粒直径对CaO吸收CO₂活性（即CaO转化率X）的影响如图所示．依据以上信息，回答下列问题：
（1）反应CaO（s）+CO₂（g）?CaCO₃（s）的△H

 

0，△S

 

0（填“＜”、“＞”或“=”），可以判断该反应已经达到平衡的是

 

A．密闭容器中总压强不变       
B．密闭容器中CO₂的体积分数不变
C．密闭容器中固体质量不变        
D．消耗5.6gCaO的同时生成10.0gCaCO₂
（2）743℃时，CaO转化率X显著下降的原因是

 

，CaO吸收CO₂反应最适合的温度为

 

（3）若用单位时间内密闭容器中固体质量增重量来表示反应速率，则颗粒粒径为20μm的CaO从反映开始至5分钟时平均速率为

 

．
（4）实验表明CaO吸收CO₂的活性随循环次数增多而降低，结合题给信息分析其原因是

 

．
（5）反应气体中CO₂的体积分数φ（CO₂）对CaO吸收CO₂特性也有一定的影响，请在如图2中画出φ（CO₂）=25%时反应转化率的变化趋势．

Answer 1

考点：化学平衡状态的判断,反应速率的定量表示方法,化学平衡的影响因素

专题：化学平衡专题

分析：（1）据△H-T△S＜0的反应能够自发进行判断；正反应是气体体积减小的反应；平衡状态是指各组分浓度保持不变正逆反应速率相等的状态；
（2）正反应放热，升温时平衡逆向移动；据图象分析，690℃-720℃时，CaO转化率的斜率最大且转化率增大；
（3）据化学方程式，计算反应的CaO的质量，从而计算二氧化碳的质量，即为固体增重质量，再据v=

△m

△t

计算；
（4）CaO吸收CO₂时，随循环次数增多，生成的碳酸钙增多，固体颗粒直径变大，表面积变大，结合图1分析；
（5）CO₂的体积分数越大，越有利于CaO吸收，据此画图．

解答： 解：（1）正反应是气体体积减小的反应，△S＜0，反应能够自发进行，必须△H-T△S＜0，所以△H必须小于0；平衡状态是指各组分浓度保持不变正逆反应速率相等的状态，
A、压强不变，说明二氧化碳的量不再发生改变，反应达到平衡状态，故A正确；
B、密闭容器中CO₂的体积分数不变，说明二氧化碳的量不再发生改变，反应达到平衡状态，故B正确；
C、密闭容器中固体质量不变，说明气体二氧化碳的量不再发生改变，反应达到平衡状态，故C正确；
D、消耗5.6gCaO的同时生成10.0gCaCO₃，都是反应正向进行，不能说明反应达到平衡状态，故D正确；
故答案为：＜；＜；ABC；
（2）正反应放热，升温时平衡逆向移动，所以743℃时CaO转化率X显著下降；据图象分析，690℃-720℃时，CaO转化率的斜率最大且转化率增大，故答案为：正反应放热，升温时平衡逆向移动；690℃；690℃-720℃；
（3）5min时，CaO的转化率为60%，则反应的CaO为28g×0.6=16.8g，则参加反应的二氧化碳的质量为：

16.8×44

56

=13.2g，固体的反应速率应为v=

△m

△t

=

13.2g

5min

=2.64g/min，故答案为：2.64g/min；
（4）CaO吸收CO₂时，随循环次数增多，生成的碳酸钙增多，固体颗粒直径变大，表面积变大，据图1可知，颗粒粒径越大，CaO转化率越低，故答案为：多次循环后CaO的颗粒直径增大；
（5）CO₂的体积分数越大，越有利于CaO吸收，图象斜率变大，图象为：，故答案为：．

点评：本题考查了反应自发进行与熵变焓变的关系、化学平衡状态的判断、图象分析，题目难度中等．