Question

研究表明丰富的CO₂完全可以作为新碳源，解决当前应用最广泛的碳源（石油和天然气）到本世纪中叶将枯竭的危机，同时又可缓解由CO₂累积所产生的温室效应，实现CO₂的良性循环
（1）目前工业上有一种方法是用CO₂和H₂在230℃催化剂条件下转化生成甲醇蒸汽和水蒸气．如图表示恒压容器中0.5 mol CO₂和1.5 mol H₂转化率达80%时的能量变化示意图如图1．

写出该反应的热化学方程式

 

．
（2）工业上可用CO₂与H₂反应生成甲醇，在T℃下，将1molC O ₂和2molH₂充入5L恒容密闭容器中发生反应为CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），测得H₂的物质的量随时间的变化情况如图2曲线I所示

①按曲线I计算反应从0到4min时，V（H₂）=

 

②在T℃下，若仅改变的外界条件为

 

，反应按曲线Ⅱ进行，计算达到平衡时容器中c（CO₂）=

 

③判断该反应达到平衡的依据为

 

（填正确选项字母）
A混合气体的平均相对分子质量不随时间改变
B3v（H₂）正=v（CH₃OH）逆
C混合气体的压强不随时间改变
D单位时间内生成CH₃OH和H₂O的物质的量相同
（3）以二氧化钛表面覆盖Cu₂Al₂O₄为催化剂，可以将CO₂和CH₄直接转化成乙酸
①在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示，250～300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是

 

②将Cu₂Al₂O₄溶解在稀硝酸的离子方程式为

 

（4）Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂
①如果寻找吸收CO₂的其他物质，下列建议合理的是

 

a可在碱性氧化物中寻找
b可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找
c可在具有强氧化性的物质中寻找
②Li₂O吸收CO₂后，产物用于合成Li₄SiO₄用于吸收、释放CO₂，原理是在500℃，CO₂与Li₄SiO₄接触后生成Li₂CO₃，平衡后加热至700℃，反应逆向进行，放出CO₂，Li₄SiO₄再生，说明该原理的化学方程式是

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：

分析：（1）①根据图1可知0.5mol CO₂和1.5mol H₂转化率达80%时放热23-3.4=19.6KJ，然后按比例计算：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的△H得出该反应的热化学方程式；
（2）①根据化学反应速率等于物质浓度的变化量和时间的比值来计算回答；
②根据到达平衡的时间减少，氢气也减少，说明改变了二氧化碳的浓度，先计算出曲线 I达到平衡时的平衡常数，根据温度不变，平衡常数不变再计算出曲线II达到平衡时CO₂的浓度；
③依据反应平衡标志是正逆反应速率相同，各组分含量不变分析选项；
（3）（2）①根据温度对催化剂活性的影响；
②先将Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O?Al₂O₃，再根据氧化物与酸反应生成离子方程式，需要注意的是一价铜具有还原性；
（4）①二氧化碳为酸性气体，Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂与氧化性无关；
②在500℃，CO₂与Li₄SiO₄接触后生成Li₂CO₃和另一种盐，该盐为Li₂SiO₃，据此书写反应原理方程式．

解答： 解：（1）①根据图1可知0.5mol CO₂和1.5mol H₂转化率达80%时放热23-3.4=19.6KJ，则该反应的热化学方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-

19.6

80%

×2=-49kJ?mol^-1，
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49 kJ?mol^-1；
（2）①V（H₂）=

2mol-1mol 5L

4min

=0.05mol/（L?min），故答案为：0.05mol/（L?min）；
②根据到达平衡的时间减少，氢气也减少，平衡正移，说明增大二氧化碳的浓度；
                CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）  0.2       0.4         0         0
变化量（mol/L） 

0.2

3

        0.2    

0.2

3

       

0.2

3

平衡量（mol/L） 

0.4

3

       0.2       

0.2

3

        

0.2

3

平衡常数K=

1

24

Ⅱ图象中 设平衡时二氧化碳浓度为x
                 CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）           0.4         0       0
变化量（mol/L）   0.1       0.3       0.1       0.1
平衡量（mol/L）   x       0.1         0.1      0.1
温度不变，平衡常数不变K=

1

24

=

0．12

0．13x

，x=2.4mol/L
故答案为：增大二氧化碳的浓度；2.4mol/L；
③CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，反应是气体体积减小的放热反应；
A．反应前后气体质量不变，物质的量减小，混合气体的平均相对分子质量不随时间改变，说明反应达到平衡状态，故A正确；
B．v（H₂）正=3v（CH₃OH）逆，说明甲醇正逆反应速率相同，反应达到平衡，3v（H₂）正=v（CH₃OH）逆不能说明反应达到平衡状态，故B错误；
C．反应前后气体物质的量减小，混合气体的压强不随时间改变，说明反应达到平衡状态，故C正确；
D．单位时间内生成CH₃OH和H₂O的物质的量相同，说明反应正向进行，不能酸钠反应达到平衡状态，故D错误；
故答案为：AC；
（3）①温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低，所以温度升高而乙酸的生成速率降低，故答案：温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低；
②Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O?Al₂O₃，与酸反应生成离子方程式：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O，
故答案为：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O；
（4）①a．Li₂O、Na₂O、MgO均属于碱性氧化物，均能吸收酸性氧化物CO₂，可在碱性氧化物中寻找吸收CO₂的其他物质，故a正确；
b．Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂，钠、镁为ⅠA、ⅡA族元素，所以可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找吸收CO₂的其他物质，故b正确；
c．Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂，但它们都没有强氧化性，且吸收二氧化碳与氧化还原无关，故c错误；
故答案为：ab；
②在500℃，CO₂与Li₄SiO₄接触后生成Li₂CO₃，反应物为CO₂与Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根据质量守恒可知产物还有Li₂SiO₃，所以化学方程式为：CO₂+Li₄SiO₄?Li₂CO₃+Li₂SiO₃，
故答案为：CO₂+Li₄SiO₄?Li₂CO₃+Li₂SiO₃．

点评：本题考查了热化学方程式书写方法，化学反应速率、化学平衡状态影响因素分析应用，平衡计算的理解应用，平衡常数计算分析，掌握基础是关键，题目难度中等．