Question

7．二氧化碳的回收利用是環(huán)保領(lǐng)域研究熱點(diǎn)．
（1）在太陽能的作用下，以CO₂為原料制取炭黑的流程如圖1所示．總反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO₂$\frac{\underline{\;太陽能\;}}{FeO}$C+O₂．
（2）有一種用CO₂生產(chǎn)甲醇燃料的方法：CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O．已知298K和101KPa條件下：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（l）△H=-a kJ•mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-b kJ•mol^-1；
CH₃OH（g）=CH₃OH（l）△H=-c kJ•mol^-1，
則CH₃OH（l）的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱△H=a+c-1.5b kJ•mol^-1．
（3）CO₂經(jīng)過催化氫化合成低碳烯烴，合成乙烯反應(yīng)為2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H＜0在恒容密閉容器中充入2mol CO₂和n mol H₂，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，CO₂的轉(zhuǎn)化率與溫度、投料比X=[$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]的關(guān)系如圖1所示．

①平衡常數(shù)K_A＞K_B
②T K時，某密閉容器發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度如表：

時間（min） 濃度（mol•L-1）	0	10	20	30	40	50
H2（g）	6.00	5.40	5.10	9.00	8.40	8.40
CO2（g）	2.00	1.80	1.70	3.00	2.80	2.80
CH2=CH2（g）	0	0.10	0.15	3.20	3.30	3.30

20～30min間只改變了某一條件，根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是D
A．通入一定量H₂            B．通入一定量CH₂=CH₂C．加入合適催化劑               D．縮小容器體積
在圖2中畫出CH₂=CH₂的濃度隨反應(yīng)時間的變化
（4）在催化劑M的作用下，CO₂和H₂同時發(fā)生下列兩個反應(yīng)
A．2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H＜0
B．2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＜0
圖3是乙烯在相同時間內(nèi)，不同溫度下的產(chǎn)率，則高于460℃時乙烯產(chǎn)率降低的原因不可能是BD
A．催化劑M的活性降低                 B．A反應(yīng)的平衡常數(shù)變大
C．生成甲醚的量增加                    D．B反應(yīng)的活化能增大
（5）Na₂CO₃溶液也通常用來捕獲CO₂．常溫下，H₂CO₃的第一步、第二步電離常數(shù)分別約為Ka₁=4×10^-7，Ka₂=5×10^-11，則0.5mol•L^-1的Na₂CO₃溶液的pH等于12（不考慮第二步水解和H₂O的電離）

Answer 1

分析 （1）在700K條件下，CO₂和FeO發(fā)生反應(yīng)生成C和Fe₃O₄，過程1中Fe₃O₄分解生成FeO和O₂，所以整個反應(yīng)過程中FeO作催化劑，根據(jù)反應(yīng)物和生成物及反應(yīng)條件書寫方程式；
（2）1mol甲醇完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量為甲醇的燃燒熱，①CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（l）△H=-a kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-b kJ•mol^-1；
③CH₃OH（g）=CH₃OH（l）△H=-c kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，根據(jù)②×$\frac{3}{2}$-①-③計算CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H的焓變即可；
（3）①溫度越高，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率降低，所以反應(yīng)逆向進(jìn)行，得到反應(yīng)是放熱的，溫度升高，K減小；
②20～30min間各組分的濃度都增加，所以可能是縮小容器體積的結(jié)果，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，會引起平衡的移動，據(jù)此畫出CH₂=CH₂的濃度隨反應(yīng)時間的變化情況曲線；
（4）根據(jù)影響產(chǎn)物產(chǎn)率的因素只能是引起平衡移動的因素，根據(jù)平衡移動原理來解釋；
（5）根據(jù)K_h=$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）•c（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$計算c（OH^-），再計算pH．

解答 解：（1）在700K條件下，CO₂和FeO發(fā)生反應(yīng)生成C和Fe₃O₄，過程1中Fe₃O₄分解生成FeO和O₂，所以整個反應(yīng)過程中FeO作催化劑，根據(jù)反應(yīng)物和生成物及反應(yīng)條件書寫方程式為CO₂$\frac{\underline{\;太陽能\;}}{FeO}$C+O₂，
故答案為：CO₂$\frac{\underline{\;太陽能\;}}{FeO}$C+O₂；
（2）1mol甲醇完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量為甲醇的燃燒熱，①CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（l）△H=-a kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-b kJ•mol^-1；
③CH₃OH（g）=CH₃OH（l）△H=-c kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，②×$\frac{3}{2}$-①-③得到CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l），所以反應(yīng)的△H=（-$\frac{3b}{2}$+a+c）kJ/mol=a+c-1.5b kJ•mol^-1，故答案為：a+c-1.5b kJ•mol^-1；
 （3）①溫度越高，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率降低，所以反應(yīng)逆向進(jìn)行，得到反應(yīng)是放熱的，溫度升高，K減小，即平衡常數(shù)K_A＞K_B；故答案為：＞；
②20～30min間各組分的濃度都增加，所以可能是縮小容器體積的結(jié)果，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，CH₂=CH₂的濃度隨反應(yīng)時間的變化情況曲線如下：
 （在20-30分鐘內(nèi)曲線突然變陡），故答案為：D； （在20-30分鐘內(nèi)曲線突然變陡）；
（4）影響產(chǎn)物產(chǎn)率的因素只能是引起平衡移動的因素，反應(yīng)的活化能增大因素都是和催化劑有關(guān)的因素，催化劑只能改變反應(yīng)速率，不會引起平衡移動，乙烯產(chǎn)率不會影響，反應(yīng)的平衡常數(shù)變大是溫度的變化引起的，反應(yīng)是放熱的，平衡常數(shù)變大是因?yàn)樯�高溫度，不符合題意，故選BD；
（5）根據(jù)K_h=$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）•c（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{Kw}{K2}$=$\frac{1{0}^{-14}}{5×1{0}^{-11}}$=2×10^-4=$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{0.5}$，所以c（OH^-）=10^-2mol/L，pH=12．故答案為：12．

點(diǎn)評 本題綜合考查學(xué)生蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡的移動以及水解常數(shù)的表達(dá)式及計算等，題目難度大，側(cè)重于考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的應(yīng)用能力和應(yīng)用能力．