Question

【題目】CO2是一種常見(jiàn)的溫室氣體，它的吸收和利用也成為現(xiàn)代科技的熱門(mén)課題。

(1)恒容密閉容器中，在Cu/ZnO催化劑作用下，可用CO2制備甲醇：CO2(g) + 3H2(g)CH3OH(g) + H2O(l) △H1，已知： CH3OH(g) +O2(g)=CO2(g) + 2H2O(l) △H2，寫(xiě)出氫氣燃燒熱的熱化學(xué)方程式________(△H用△H1、 △H2表示)。某溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入2mol CO2、5mol H2以及催化劑進(jìn)行反應(yīng)生成CH3OH 蒸氣和水蒸氣，達(dá)到平衡時(shí)H2的轉(zhuǎn)化率是60%，其平衡常數(shù)為_______。

(2)工業(yè)上用CO2催化加氫制取二甲醚：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)。在兩個(gè)相同的恒容密閉容器中，充入等量的反應(yīng)物，分別以Ir和Ce作催化劑，反應(yīng)進(jìn)行相同的時(shí)間后測(cè)得的CO2的轉(zhuǎn)化率α(CO2)隨反應(yīng)溫度的變化情況如圖所示：

①用Ir和Ce作催化劑時(shí)，反應(yīng)的活化能更低的是_________；

②a、b、c、d和e五種狀態(tài)，反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)的是________，反應(yīng)的ΔH ____0(填“＞”、“=”或“＜”)；

③從狀態(tài)a到c，CO2轉(zhuǎn)化率不斷增大的原因是__________；

④已知T℃下，將2 molCO2和6 molH2通入到體積為V L的密閉容器中進(jìn)行上述反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間與容器內(nèi)的總壓強(qiáng)數(shù)據(jù)如表：

時(shí)間t/min	0	10	20	30	40
總壓強(qiáng)p/1000kPa	1.0	0.83	0.68	0.60	0.60

該反應(yīng)平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為___________。

(3)工業(yè)上常用氨水吸收含碳燃料燃燒中產(chǎn)生的溫室氣體CO2，得到NH4HCO3溶液，則反應(yīng)NH4++HCO3－+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常數(shù)K=_________。(已知常溫下NH3·H2O的電離平衡常數(shù)Kb=2×10－5，H2CO3的電離平衡常數(shù)Ka1=4×10－7，Ka2=4×10－11 )。

Answer 1

【答案】H2 (g) +O2 (g)=H2O(l) △H=(△H1+ △H2)/3 0.5 Ir d和e ＜ 狀態(tài)a和c均未達(dá)到平衡，狀態(tài)c溫度高反應(yīng)速率快，CO2的轉(zhuǎn)化量大，轉(zhuǎn)化率高 80% 1.25×10－3

【解析】

(1)已知①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l) ΔH1，②CH3OH(g)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH2，由蓋斯定律計(jì)算(①+②)×得到氫氣燃燒熱的熱化學(xué)方程式：H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=(ΔH1+ΔH2)，某溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入2mol CO2、5molH2以及催化劑進(jìn)行反應(yīng)生成CH3OH蒸氣和水蒸氣。達(dá)到平衡時(shí)H2的轉(zhuǎn)化率是60%，消耗氫氣物質(zhì)的量濃度=2.5mol/L×60%=1.5mol/L，列三段式有：

則平衡常數(shù)，故答案為：H2(g)+O2(g)H2O(l) (ΔH1+ΔH2)；0.5；

(2)①根據(jù)圖示信息：分別以Ir和Ce作催化劑，反應(yīng)進(jìn)行相同的時(shí)間后測(cè)得的CO2的轉(zhuǎn)化率a(CO2)隨反應(yīng)溫度的變化情況，得到：CO2的轉(zhuǎn)化率a(CO2)高，催化劑的效率高，活化能較小，所以用Ir和Ce作催化劑時(shí)，反應(yīng)的活化能更低的是Ir，故答案為：Ir；催化劑不影響轉(zhuǎn)化率，a、b、c、d和e五種狀態(tài)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率a(CO2)不再變化，即平衡狀態(tài)是d、e，達(dá)到平衡以后，溫度升高，CO2的轉(zhuǎn)化率a(CO2)逐漸減小，所以平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以反應(yīng)的焓變小于零，故答案為：d和e；＜；

③狀態(tài)a和c均未達(dá)到平衡，狀態(tài)c溫度高反應(yīng)速率快，CO2的轉(zhuǎn)化量大，轉(zhuǎn)化率高，故答案為：狀態(tài)a和c均未達(dá)到平衡，狀態(tài)c溫度高反應(yīng)速率快，CO2的轉(zhuǎn)化量大，轉(zhuǎn)化率高；

④T℃下，將2molCO2和6molH2通入到體積為VL的密閉容器中進(jìn)行上述反應(yīng)，圖表數(shù)據(jù)可知，平衡狀態(tài)氣體壓強(qiáng)減少0.4KPa，設(shè)生成二甲醚物質(zhì)的量為x mol，列三段式有：

根據(jù)阿伏加德羅定律PV=nRT，氣體壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比，即，則x=0.8，平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率，故答案為：80%；

(3)反應(yīng)NH4++HCO3－+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常數(shù)，故答案為：1.25×10－3。