Question

【題目】CO2既是溫室氣體，也是重要的化工原料，二氧化碳的捕捉和利用是我國能源領(lǐng)域的一個重要戰(zhàn)略方向。

（1）用活性炭還原法可以處理汽車尾氣中的氮氧化物，某研究小組向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO，發(fā)生反應(yīng)C(s)+ 2NO(g)N2(g)+CO2(g) △H，在T1℃時，反應(yīng)進行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度如下：

濃度/(mol/L)/時間/min	0	10	20	30	40
NO	2.0	1.16	0.40	0.40	0.6
N2	0	0.42	0.80	0.80	1.2
CO2	0	0.42	080	0.80	1.2

①根據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析T1℃時，該反應(yīng)在0～10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(N2)＝___mol·L-1·min-1；計算該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝__。

②若30min后只改變某一條件，據(jù)上表中的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是__（填字母編號）。

A.加入合適的催化劑 B.適當(dāng)縮小容器的體積

C.通入一定量的NO D.加入一定量的活性炭

③若30min后升高溫度至T2℃，達到平衡時，容器中NO、N2、CO2的濃度之比為2：3：3，則達到新平衡時NO的轉(zhuǎn)化率___（填“升高”或“降低”），△H__0（填“>”或“<”）。

（2）工業(yè)上用CO2和H2反應(yīng)合成二甲醚。已知：

CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H1＝－49.1kJ·mol-1

2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g) △H2＝－24.5kJ·mol-1

寫出CO2(g)和H2(g)轉(zhuǎn)化為CH3OCH3(g)和H2O(g)的熱化學(xué)方程式___。

（3）常溫下，用NaOH溶液作CO2捕捉劑不僅可以降低碳排放，而且可得到重要的化工產(chǎn)品Na2CO3。

①若某次捕捉后得到pH=10的溶液，則溶液中c(CO32－)：c(HCO3－)=__。[常溫下K1(H2CO3)=4.4×10-7、K2(H2CO3)=5×10-11]。

② 欲用5L Na2CO3溶液將23.3 g BaSO4固體全都轉(zhuǎn)化為BaCO3，則所用的Na2CO3溶液的物質(zhì)的量濃度至少為_________。[已知：常溫下Ksp(BaSO4)=1×10-7、Ksp(BaCO3)=2.5×10-6]。（忽略溶液體積積的變化）

Answer 1

【答案】0.042 4.0 BC 降低 < 2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g) △H＝－122.7kJ·mol-1 1：2 0.52mol/L

【解析】

（1）①根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率公式v=和平衡常數(shù)公式K=計算；

②根據(jù)影響平衡移動的因素判斷；

③30min時NO、N2、CO2的濃度之比為0.40：0.80：0.80=1:2:2，升高溫度NO、N2、CO2的濃度之比為2：3：3，即升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，則達到新平衡時NO的轉(zhuǎn)化率降低，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，ΔH＜0；

（2）將反應(yīng)編號，

CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）ΔH1＝-49.1 kJ·mol－1（①式）

2CH3OH（g）CH3OCH3（g）＋H2O（g）ΔH2＝-24.5 kJ·mol－1（②式）

應(yīng)用蓋斯定律，①式×2+②可得答案；

（3）①若某次捕捉后得到pH＝10的溶液，則溶液中氫離子濃度是10－10mol/L，根據(jù)碳酸的第二步電離平衡常數(shù)可知溶液中c(CO32-):c(HCO3-)＝＝1：2；

②硫酸鋇的物質(zhì)的量是23.3g÷233g/mol＝0.1mol，消耗碳酸鈉是0.1mol。根據(jù)方程式BaSO4+CO32－＝BaCO3+SO42－可以解答。

（1）①在0~10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率υ（N2）=（0.42mol/L-0mol/L）÷10min=0.042mol/（L·min）。20min~30min各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度不變，說明反應(yīng)已經(jīng)達到平衡，即平衡時NO、N2、CO2物質(zhì)的量濃度依次為0.40mol/L、0.80mol/L、0.80mol/L，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K===4.0；

②30min后改變一個條件，40min時NO、N2、CO2的濃度都變?yōu)?/span>30min時的1.5倍。A項，加入合適的催化劑，平衡不移動，各物質(zhì)物質(zhì)的量濃度不變，不可能；B項，適當(dāng)縮小容器的體積，平衡不移動，但各物質(zhì)物質(zhì)的量濃度成比例增大，可能；C項，通入一定量的NO，由于C是固體，相當(dāng)于增大壓強，平衡不移動，但各物質(zhì)物質(zhì)的量濃度成比例增大，可能；D項，加入一定量的活性炭，由于C是固體，平衡不移動，各物質(zhì)物質(zhì)的量濃度不變，不可能；答案選BC；

③30min時NO、N2、CO2的濃度之比為0.40：0.80：0.80=1:2:2，升高溫度NO、N2、CO2的濃度之比為2：3：3，即升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，則達到新平衡時NO的轉(zhuǎn)化率降低，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，ΔH＜0；

（2）將反應(yīng)編號，

CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）ΔH1＝-49.1 kJ·mol－1（①式）

2CH3OH（g）CH3OCH3（g）＋H2O（g）ΔH2＝-24.5 kJ·mol－1（②式）

應(yīng)用蓋斯定律，①式×2+②式得2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）ΔH=2ΔH1+ΔH2=2×（-49.1kJ/mol）+（-24.5kJ/mol）=-122.7kJ/mol，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）ΔH=-122.7kJ/mol；

（3）①若某次捕捉后得到pH＝10的溶液，則溶液中氫離子濃度是10－10mol/L，根據(jù)碳酸的第二步電離平衡常數(shù)可知溶液中c(CO32-):c(HCO3-)＝＝1：2；

②硫酸鋇的物質(zhì)的量是23.3g÷233g/mol＝0.1mol，消耗碳酸鈉是0.1mol。根據(jù)方程式BaSO4+CO32－＝BaCO3+SO42－可知反應(yīng)后溶液中硫酸根的濃度是0.1mol÷5L＝0.02mol/L，則碳酸根的濃度是，所以所用的Na2CO3溶液的物質(zhì)的量濃度至少為0.5mol/L+＝0.52mol/L。