Question

【题目】科学研究表明，当前应用最广泛的化石燃料到本世纪中叶将枯竭，解决此危机的唯一途径是实现燃料和燃烧产物之间的良性循环（如左图）：

（1）一种常用的方法是在230℃、有催化剂条件下将CO2和H2转化为甲醇蒸汽和水蒸气。右图是生成1molCH3OH时的能量变化示意图。已知破坏1mol不同共价键的能量（kJ）分别是：

已知E1=8.2 kJ·mol－1，则E2＝__________kJ·mol－1

（2）将不同量的CO（g）和H2O（g）分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中进行如下反应：CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g），得到如下三组数据：

① 该反应的△H___________0（填“<” 或“>” ）。

② 实验2条件下的平衡常数K= 。

③ 实验3中，若平衡时H2O的转化率为1/3，则a/b=______，c=____。

④ 实验4，若900℃时，在容器中加入CO、H2O、CO2、H2各1mol，则此时V正 V逆（填“<” ，“>” ，“=”）

（3）捕捉CO2可以利用Na2CO3溶液,先用Na2CO3溶液吸收CO2生成NaHCO3，然后使NaHCO3分解，Na2CO3可以进行循环使用。将100mL 0.1mol/L Na2CO3的溶液中通入112mL（已换算为标准状况）的CO2，溶液中没有晶体析出，则：

①反应后溶液中的各离子浓度由大到小的顺序是____________________________。

②反应后的溶液可以作“缓冲液”（当往溶液中加入一定量的酸和碱时，有阻碍溶液pH变化的作用），请解释其原理______________________________________。

Answer 1

【答案】（1）198.8

（2）①＜；②1；③0.5，c=b/3；④＝

（3）①c(Na＋)＞c(HCO3－)＞c(CO32－)＞c(OH－)＞c(H＋)；②向反应后的溶液中加入少量酸时，碳酸根结合氢离子转化为碳酸氢根，溶液的pH变化不大；加入少量碱时，碳酸氢根结合氢氧根转化为碳酸根，溶液的pH变化也不大

【解析】

试题分析：（1）反应热等于反应物中键能之和与生成物中键能之和的差值，则根据方程式CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）可知该反应的反应热△H＝（2×745+3×436－2×462.8－3×413.4－351－462.8）kJ/mol＝－181.6kJ/mol。根据图像可知△H＝E1－E2＝－181.6kJ/mol，所以E2＝189.8kJ/mol。

（2）①650℃根据方程式可知

CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）

起始量（mol） 4 2 0 0

转化量（mol） 1.6 1.6 1.6 1.6

平衡量（mol） 2.4 0.4 1.6 1.6

反应前后体积不变，可以用物质的量代替浓度计算平衡常数，则该反应的平衡常数为K＝

900℃根据方程式可知

CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）

起始量（mol） 2 1 0 0

转化量（mol） 2/3 2/3 2/3 2/3

平衡量（mol） 4/3 1/3 2/3 2/3

此时平衡常数K＝

这说明升高温度平衡常数减小，因此升高温度平衡向逆反应方向进行，即正反应是放热反应，则该反应的△H＜0。

②根据以上分析可知实验2条件下的平衡常数K=1。

③实验3中，

CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）

起始量（mol） a b 0 0

转化量（mol） c c c c

平衡量（mol） a－c b－c c c

若平衡时H2O的转化率为1/3，则b＝3c

又因为

解得b＝2a，即a/b=0.5，c=b/3。

④实验4，若900℃时，在容器中加入CO、H2O、CO2、H2各1mol，则此时浓度熵Q＝1＝K，因此反应恰好是平衡状态，则V正＝V逆。

（3）捕捉CO2可以利用Na2CO3溶液,先用Na2CO3溶液吸收CO2生成NaHCO3，然后使NaHCO3分解，Na2CO3可以进行循环使用。将100mL 0.1mol/L Na2CO3的溶液中通入112mL（已换算为标准状况）的CO2，溶液中没有晶体析出，则：

①碳酸钠是0.01mol，二氧化碳是0.112L÷22.4L/mol＝0.005mol，根据方程式Na2CO/span>3＋CO2＋H2O＝2NaHCO3可知二者反应生成0.01mol碳酸氢钠，另外还剩余0.005mol碳酸钠，则反应后溶液中的各离子浓度由大到小的顺序是c(Na＋)＞c(HCO3－)＞c(CO32－)＞c(OH－)＞c(H＋)。

②如果向反应后的溶液中加入少量酸时，碳酸根结合氢离子转化为碳酸氢根，溶液的pH变化不大；如果加入少量碱时，碳酸氢根结合氢氧根转化为碳酸根，溶液的pH变化也不大，因此反应后的溶液可以作“缓冲液”。