Question

【题目】“一带路”为中国化工企业开辟了新的国际市场，能源环保是基础。在能源领域科学家提出构想——富集空气中的CO2，并使之与H2反应生成可再生能源甲醇.流程如下：

(1)在合成塔中，若有4400gCO2与足量H2完全反应，生成气态的H2O和气态甲醇，可放出5370kJ的热量,写出该反应的热化学方程式________________。

(2)一定条件下，向2L恒容密闭容器中充入1molCO2和3molH2在不同催化剂作用下发生反应I、反应II、反应III，相同时间内CO2的转化率随温度变化如图1所示:

①催化效果最佳的反应是_________(填“反应I”、“反应II”、“反应III”)。

②b点反应速率v(正)______v(逆) (填“>”、“=”或“<”)。

③若此反应在a点时已达平衡状态，a点的转化率比c点高的原因是_________。

(3)选取合适的催化剂发生上述反应，测得甲醇的产率与反应温度、压强的关系如图2。

④分析图中数据可知,在220℃、5.0MPa时，CO2的转化率为________；将温度降低至140℃、压强减小至2.0MPa，CO2的转化率将_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。

⑤200℃、2.0MPa时，将amol/LCO2和3amol/LH2充入VL密闭容器中，在催化剂作用下反应达到平衡。根据图中数据计算所得甲醇的质量______g(用含a、V的代数式表示)。

(4)用NaOH溶液吸收CO2所得饱和碳酸钠溶液可以对废旧电池中的铅膏(主要成分PbSO4)进行脱硫反应。已知Ksp(PbSO4)=1.6×10-8，Ksp(PbCO3)=7.4×10-14，PbSO4(s)+CO32-(aq)==PbCO3(s)+SO42-(aq)，则该反应的平衡常数K=___(保留三位有效数字)；若在其溶液中加入少量Pb(NO3)2晶体，则c(SO42-):c(CO32-)的比值将_____(填“增大”、“减小”或“不变”)。

Answer 1

【答案】 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-53.7kJ/mol 反应I ＞ 该反应为放热反应，温度升高,平衡逆向移动 25% 增大 4.8aV 2.16×105 不变

【解析】分析：（1）根据参加反应的CO2的物质的量结合放出的热量解答；

（2）①根据相同条件下CO2的转化率越高催化效果越好分析；

②根据b点在曲线下方转化率低分析解答；

③根据温度对平衡状态的影响分析；

（3）④根据在220℃、5.0MPa时甲醇的产率是25%计算；根据图像分析；

⑤根据在200℃、2.0MPa时甲醇的产率是1%计算；

（4）根据平衡常数的含义、影响因素结合方程式计算与判断。

详解：（1）4400gCO2的物质的量是100mol，放出的热量是5370kJ，则1molCO2完全反应放出的热量是53.70kJ，因此该反应的热化学方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-53.7kJ/mol

（2）①根据图像可知在相同条件下反应I中CO2的转化率最高，则催化效果最佳的反应是反应I。

②b点在曲线下方，转化率低，在达到平衡的过程中CO2的转化率升高，这说明此时反应向正反应方向进行，则反应速率v(正)＞v(逆)。

③由于该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，因此a点的转化率比c点高。

（3）④在220℃、5.0MPa时甲醇的产率是25%，则

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

起始量（mol） 1 3 0 0

转化量（mol） x 3x x x

平衡量（mol） 1－x 3－3x x x

由于此时甲醇的产率是25%，则x＝0.25，因此CO2的转化率为3x/3×100%＝25%；根据图像曲线变化可知将温度降低至140℃、压强减小至2.0MPa时甲醇的产率增大，因此CO2的转化率将增大。

⑤在200℃、2.0MPa时甲醇的产率是15%，则

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

起始量（mol） aV 3aV 0 0

转化量（mol） y 3y y y

平衡量（mol） aV－y 3aV－3y y y

此时甲醇的产率是0.15，则y＝0.15aV，因此所得甲醇的质量0.15aV×32 g＝4.8aV g；

（4）根据方程式可知该反应的平衡常数K＝。若在其溶液中加入少量Pb(NO3)2晶体，由于平衡常数只与温度有关系，则根据该反应的平衡常数表达式可知c(SO42-)：c(CO32-)的比值不变。