Question

能源短缺是人类将要面临的一个重大问题．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．
（1）“原子经济性”强调在化学品合成过程中，应尽可能把原材料都转化为目标产物．工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反应Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
①上述反应符合“原子经济性”原则的是

 

（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）；
②反应Ⅱ的平衡常数表达式是

 

③下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数（K）

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中数据判断△H

 

0（填“＞”、“=”或“＜”）．
④某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol?L^-1，则CO的转化率为

 

（2）燃料燃烧会产生温室气体，捕碳技术（主要指捕获CO₂）在降低温室气体排放中具有重要的作用．目前（NH₄）₂CO₃已经被用作工业捕碳剂，它与CO₂可发生如下可逆反应：
（NH₄）₂CO₃（aq）+H₂O（l）+CO₂（g）?2（NH₄）₂HCO₃（aq）△H＜0
为研究温度对（NH₄）₂CO₃捕获CO₂效率的影响，在某温度T₁下，将一定量的（NH₄）₂CO₃溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO₂气体（用氮气作为稀释剂），在t时刻，测得容器中CO₂气体的浓度．然后分别在温度为T₂、T₃、T₄、T₅下，保持其它初始实验条件不变，重复上述实验，经过相同时间测得CO₂气体浓度，得到趋势图（见图）．则：
①在T₁～T₂及T₄～T₅二个温度区间，容器内CO₂气体浓度呈现如图所示的变化趋势，其原因是

 

②利用该原理捕获CO₂，在（NH₄）₂CO₃初始浓度和体积确定的情况下，提高CO₂吸收量的措施有

 

（写出2个）
③下列物质中也可能作为CO₂捕获剂的是

 

．
A．NH₄ClB．Na₂CO₃     C．CH₃OH        D．NH₃．

Answer 1

考点：化学平衡常数的含义,化学平衡的计算

专题：化学平衡专题

分析：（1）①“原子经济性”是指在化学品合成过程中，合成方法和工艺应被设计成能把反应过程中所用的所有原材料尽可能多的转化到最终产物中；
②依据化学方程式和平衡常数概念书写表达式；
③依据图表数据分析，平衡常数随温度升高减小，平衡逆向进行，逆反应为吸热反应，该反应为放热反应；
④根据一氧化碳的平衡浓度计算平衡时一氧化碳的物质的量，再根据转化率公式计算其转化率；
（2）①温度升高，c（CO₂）增大，平衡逆向移动，说明反应Ⅲ是放热反应（△H₃＜0），T₁-T₂区间，化学反应未达到平衡状态，温度越高，化学反应速率越快，所以CO₂被捕获的量随着温度的升高而提高．T₃-T₄区间，化学反应已达到平衡状态，由于正反应为放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，所以不利于CO₂的捕获
反应Ⅲ在温度为T₁时建立平衡后（由图2可知：溶液pH不随时间变化而变化），迅速上升到T₂并维持温度不变，平衡逆向移动，溶液pH增大，在T₂时又建立新的平衡；
②根据平衡移动原理分析；
③具有碱性的物质均能捕获CO₂．

解答： 解：（1）①根据原子经济知，Ⅰ没有副产物，符合原子经济理念，Ⅱ中有副产物，不符合原子经济理念；
故答案为：Ⅰ；
②反应Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），反应的平衡常数K=

c(H2O)c(CH3OH)

c(CO2)c3(H2)

；
故答案为：

c(H2O)c(CH3OH)

c(CO2)c3(H2)

；
③根据图象知，反应物总能量大于生成物总能量，所以该反应是放热反应，则△H₁＜0，故答案为：＜；
④平衡时剩余一氧化碳的物质的量=0.2mol/L×2L=0.4mol，一氧化碳的转化率=

(2-0.4)mol

2mol

×100%=80%，故答案为：80%；
（2）①由图1可知：在温度为T₃时反应达平衡，此后温度升高，c（CO₂）增大，平衡逆向移动，说明反应Ⅲ是放热反应△H₃＜0，在T₃前反应未建立平衡，无论在什么温度下（NH₄）₂CO₃ （aq）总是捕获CO₂，故c（CO₂）减小，T₁-T₂区间，化学反应未达到平衡，温度越高，化学反应的速率越快，所以CO₂被捕获的量随温度升高而提高，T₄-T₅区间，化学反应已达到平衡，由于正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，所以不利于CO₂的捕获；
故答案为：T₁-T₂区间，化学反应未达到平衡，温度越高，化学反应的速率越快，所以CO₂被捕获的量随温度升高而提高．T₄-T₅区间，化学反应已达到平衡，由于正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，所以不利于CO₂的捕获；
②根据平衡移动原理，降低温度或增大c（CO₂），故答案为：降低温度，增大CO₂浓度；
③具有碱性的物质均能捕获CO₂，反应如下：Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃；HOCH₂CH₂NH₂+CO₂+H₂O=HOCH₂CH₂NH₃⁺+HCO₃^-，故答案为：B、D．

点评：本题考查“原子经济性”概念的理解、化学平衡常数、化学平衡计算、反应中能量的变化等，熟练掌握基础是关键，难度较大．