Question

【題目】研究表明：豐富的 CO2 可以作為新碳源，解決當前應用最廣泛的碳源（石油和天然氣）枯竭危機，同時又可緩解由 CO2累積所產生的溫室效應，實現 CO2的良性循環。

(1)目前工業上有一種方法是用CO2加氫合成低碳烯烴。現以合成乙烯(C2H4)為例、該過程分兩步進行:

第一步：CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H=+41.3kJ/mol

第二步：2CO（g）+4H2（g）C2H4（g）+2H2O（g）△H=-210.5kJ/mol

①CO2加氫合成乙烯的熱化學方程式為___。

②一定條件下的密閉容器中，上述反應達到平衡后，要加快反應速率并提高 CO2 的轉化率，可以采取的措施是___(填字母)。

A.減小壓強 B.增大 H2濃度 C.加入合適的催化劑 D.分離出水蒸氣

(2)另一種方法是將 CO2 和 H2 在 230℃催化劑條件下生成甲醇蒸氣和水蒸氣，在不同條件下測得平衡時甲醇的物質的量隨溫度、壓強的變化如圖所示。若在 10L 恒容密閉容器中投入1molCO2 和 2.75molH2，發生反應: CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）。

①能判斷該反應達到化學平衡狀態的是___(填字母)。

A.c(H2):c(CH3OH)=3:1

B.容器內氫氣的體積分數不再改變

C.容器內氣體的密度不再改變

D.容器內壓強不再改變

②上述反應的△H___0(填“>”或“<”)，圖中壓強 p1 ___p2(填“>”或“<”)。

③經測定知 Q 點時容器的壓強是反應前壓強的 9/10，則 Q 點 CO2的轉化率為___。

④M 點時，該反應的平衡常數 K=___ (計算結果保留兩位小數)。

(3)用生石灰吸收 CO2 可生成難溶電解質 CaCO3，其溶度積常數 Ksp=2.8×10-9。現有一物質的量濃度為2×10-4mol/L 純堿溶液，將其與等體積的 CaCl2溶液混合，則生成沉淀所需 CaCl2溶液的最小濃度為___mol/L。

Answer 1

【答案】2CO2（g）+6H2（g）C2H4（g）+4H2O（g）△H=-127.9kJ/mol B BD < > 18.75% 1.04 5.6×10-5

【解析】

(1) ①根據蓋斯定律計算；

②要加快反應速率并提高 CO2 的轉化率，可以增大反應物H2的濃度，使平衡右移；

(2)①根據達到平衡狀態時正反應速率等于逆反應速率，混合物中各組分百分含量保持不變以及相關量不變分析判斷；

②由圖可以知道，壓強一定時，溫度越高，CH3OH的物質的量越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，則正反應為放熱反應；
正反應為氣體體積減小的反應，溫度一定時，增大壓強，平衡向正反應方向移動，甲醇的物質的量增大；

③列出三段式，根據壓強是反應前壓強的 9/10，列方程計算；

④溫度不變平衡常數不變，圖中M 點時，容器體積為10L，結合M點的坐標可以知道，M點的CH3OH的物質的量為0.25mol，根據反應，列出三段式，再根據 K=計算；

(3)因QcKsp時,形成沉淀，計算c(Ca2+)。

(1) ①已知：I.CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H=+41.3kJ/mol

II.2CO（g）+4H2（g）C2H4（g）+2H2O（g）△H=-210.5kJ/mol

根據蓋斯定律，I2+II可得：2CO2（g）+6H2（g） C2H4（g）+4H2O（g）△H=-127.9kJ/mol，

因此，本題正確答案是：2CO2（g）+6H2（g） C2H4（g）+4H2O（g）△H=-127.9kJ/mol；

②A.正反應為氣體體積減小的反應，低壓有利于逆向進行，CO2的轉化率減小，故A錯誤；

B.增大 H2濃度，平衡正向移動，CO2的轉化率增大，故B正確；

C.加入合適的催化劑，可以加快反應速率，但不影響平衡移動，CO2的轉化率不變，故C錯誤；

D.分離出水蒸氣，生成物濃度減小，平衡正向移動，CO2的轉化率增大，但反應速率減小，故D錯誤。

因此，本題正確答案是：B；

(2)①A.c(H2):c(CH3OH)=3:1不能說明反應到平衡；

B.容器內氫氣的體積分數不再改變，說明混合物中各組分百分含量不變，達到平衡；

C. 氣體的總質量隨著反應不變，所以容器內氣體的密度一直不變，密度不變不能說明反應到平衡；

D. 由于氣體總物質的量改變，容器內壓強改變，所以壓強不變說明已達平衡。

故選BD；

②由圖可以知道，壓強一定時，溫度越高，CH3OH的物質的量越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，則正反應為放熱反應；
正反應為氣體體積減小的反應，溫度一定時，增大壓強，平衡向正反應方向移動，甲醇的物質的量增大，故壓強p1 >p2。

因此，本題正確答案是：＜；＞。

③根據反應 CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

起始（mol/L）0.1 0.275 0 0

轉化（mol/L） x 3x x x

平衡（mol/L）0.1-x 0.275-3x x x

根據壓強是反應前壓強的 9/10，可以列出表達式=，可以計算出x=0.01875，

即 CO2的轉化率=100%=18.75%，

因此，本題正確答案是：18.75%；

④溫度不變平衡常數不變，圖中M 點時，容器體積為10L，結合M點的坐標可以知道，M點的CH3OH的物質的量為0.25mol，

根據反應 CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

起始（mol/L）0.1 0.275 0 0

轉化（mol/L）0.025 0.075 0.025 0.025

平衡（mol/L）0.075 0.2 0.025 0.025

K===1.04，

因此，本題正確答案是：1.04；

(3)因QcKsp時,形成沉淀，c(Ca2+)mol/L=2.810-5mol/L，等體積混合前CaCl2溶液的物質的量濃度最小為5.6×10-5mol/L。

因此，本題正確答案是：5.6×10-5。