Question

【題目】生石灰是常用的建筑材料，常采用煅燒石灰石來制取。體積為1L的真空密閉容器中加入0.5moL碳酸鈣，發生的反應CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)△H ，測得二氧化碳的物質的量濃度隨溫度變化關系如圖所示。

圖A表示CO2的平衡濃度隨溫度變化的關系曲線

圖B表示不同溫度下反應經過相同時間時CO2的物質的量濃度的變化曲線

回答下列相關問題：

（1）CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) △H ____ 0（填>，<或=）。

（2）在T5℃下，維持溫度和容器體積不變，向上述平衡體系再充入0.5moL氮氣，則最后的平衡時容器中的碳酸鈣質量為____克；若在T5℃下，維持溫度和總壓強不變，向原平衡體系再充入0.5moL氮氣，則容器中最后殘留的碳酸鈣質量為____克。

（3）請說明隨著溫度升高，曲線B向曲線A逼近的原因____

（4）以CaO為吸收體，將生物材質（以C計）與水蒸氣反應制取H2。

相關主要反應如下：

I. C(s) + H2O(g)CO(g) + H2(g) △H = + 131. 6 kJ·mol－1

II. CO(g) + H2O(g)CO2(g) + H2(g) △H = -43 kJ·mol－1

III. CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s) △H = -178. 3 kJ·mol－1

①計算反應Ⅳ C(s) + 2H2O(g) + CaO(s)CaCO3(s) + 2H2 (g)的△H =____kJ·mol－1。

若K1、K2、K3分別為反應I、II、III的平衡常數，則反應Ⅳ的平衡常數K=____

(用含K1、K2、K3的式子表示）。

②對于可逆反應 C(s)+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s) + 2H2(g)，采取以下措施可以提高H2產率的是____。（填字母編號）

A. 適當的降低體系的溫度 B. 壓縮容器的體積

C. 用鑭鎳合金(LaNi5)吸收氫氣 D. 增加CaO的量

（5）將碳酸鈣固體與CO2飽和水溶液充分接觸，某溫度下CO2飽和水溶液中H2CO3的濃度0.03moL·L－1,水的pH約等于6，這種情況下鈣離子最大濃度為____moL·L－1 。(計算結果保留兩位有效數字）（CaCO3的KSP=2.8×10－9，碳酸K1=4.3×10－7 K2=4.7×10－11）

Answer 1

【答案】 > 30 0 溫度升高，反應速率加快，達到平衡所需時間縮短 －89.7 kJ·mol—1 K1·K2·K3 AC 0.0046（0.0047也正確）

【解析】（1）根據圖像，二氧化碳的物質的量濃度隨溫度升高而升高，平衡向右移動，該反應正向即為吸熱反應，故△H > 0；

（2）體積為1L的真空密閉容器中加入0.5moL碳酸鈣，發生的反應CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)，T5℃下，n（CO2）=0.2mol，故碳酸鈣還有0.3mol，向上述平衡體系再充入0.5moL氮氣，平衡不移動，故碳酸鈣質量為30g；T5℃下，該反應的K=c（CO2）=0.2，維持溫度和總壓強不變，向原平衡體系再充入0.5moL氮氣，此時容器體積變成3.5L，平衡向右移動，因為K不變，所以新的平衡時c（CO2）=0.2mol/L，假設體積仍是3.5L（實際上會更大），新的平衡時n（CO2）=0.7mol，而CO2最多為0.5mol，故該反應幾乎進行完全，最后碳酸鈣質量為0g；

（3）圖B表示不同溫度下反應經過相同時間時CO2的物質的量濃度的變化曲線，前面一直在A下面，說明反應時間較短，溫度升高，反應速率加快，達到平衡所需時間縮短，故曲線B向曲線A逼近；

（4）①根據蓋斯定律，Ⅳ應為：I+II+III=Ⅳ，故△H= + 131. 6 -43-178. 3=－89.7 kJ·mol—1；方程式相加，則平衡常數相乘，故反應Ⅳ的平衡常數K= K1·K2·K3；

②A.該反應為放熱反應，降低溫度，平衡右移，H2產率增大，故A正確；B、壓縮體積，平衡不移動，B錯誤；C、用鑭鎳合金(LaNi5)吸收氫氣，平衡右移，H2產率增大，故C正確；D、增加固體的量，平衡不移動，故D錯誤；故選AC；

（5）c（HCO3-）= c（CO32-）= c（Ca2+）=