Question

5．二氧化碳的捕捉與封存是實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排的重要途徑之一，科學(xué)家利用NaOH溶液噴淋“捕捉”空氣中的CO₂（如圖所示）．

（1）NaOH溶液噴成霧狀的目的是增大氣液反應(yīng)物的接觸面積，既加快反應(yīng)速率又提高CO₂的吸收率．
（2）若使用1.0mol•L^-1800mL的NaOH溶液吸收11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）的CO₂，反應(yīng)的離子方程式為5CO₂+8OH^-=2HCO₃^-+3CO₃^2-+3H₂O，所得溶液中，n（CO${\;}_{3}^{2-}$）、n（H₂CO₃）、n（H⁺）、n（OH^-）的關(guān)系為n（CO₃^2-）-n（H₂CO₃）-n（H⁺）+n（OH^-）=0.3mol．
（3）以CO₂與NH₃為原料可合成尿素[CO（NH₂）₂]．
已知：①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H₁=-159.47kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₂=+116.49kJ•mol^-1
③H₂O（l）═H₂O（g）△H₃=+44.0kJ•mol^-1
試寫(xiě)出NH₃和CO₂合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-86.98kJ•mol^-1．
（4）以CO₂與H₂為原料還可合成液體燃料甲醇（CH₃OH），其反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0．現(xiàn)將1mol CO₂和3mol H₂充入容積為2L的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是BD．
A．若保持恒溫，當(dāng)容器中n（CH₃OH）：n（H₂O）為1：1時(shí)，該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)
B．若保持恒溫，當(dāng)容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)恒定時(shí)，該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)
C．若其他條件不變，升高溫度，則平衡常數(shù)增大
D．保持溫度不變，當(dāng)反應(yīng)已達(dá)平衡時(shí)，若向容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，當(dāng)達(dá)到新平衡時(shí)，n（CH₃OH）：n（H₂）將增大．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)物接觸面積越大，反應(yīng)速率越快；
（2）n（NaOH）=1.0mol/L×0.8=0.8mol，n（CO₂）=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，1＜$\frac{n（NaOH）}{n（C{O}_{2}）}$＜2，根據(jù)原子守恒確定產(chǎn)物及其物質(zhì)的量之間的關(guān)系；根據(jù)原子守恒和物料守恒計(jì)算；
（3）根據(jù)蓋斯定律及已知熱化學(xué)方程式計(jì)算；
（4）A．無(wú)論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，n（CH₃OH）：n（H₂O）為1：1；
B．當(dāng)反應(yīng)前后改變的物理量不變時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；
C．△H＜0，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)；
D．保持溫度不變，當(dāng)反應(yīng)已達(dá)平衡時(shí)，若向容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)．

解答 解：（1）反應(yīng)物接觸面積越大，反應(yīng)速率越快，則NaOH溶液噴成霧狀的目的是為了增大氣液反應(yīng)物的接觸面積，既加速反應(yīng)又提高CO₂的吸收率，
故答案為：增大氣液反應(yīng)物的接觸面積，既加速反應(yīng)又提高CO₂的吸收率；
（2）n（NaOH）=1.0mol/L×0.8=0.8mol，n（CO₂）=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，1＜$\frac{n（NaOH）}{n（C{O}_{2}）}$＜2，
設(shè)n（Na₂CO₃）為x，n（NaHCO₃）為y，根據(jù)原子守恒得：2x+y=0.8、x+y=0.5，解得：x=0.3、y=0.2，所以該反應(yīng)方程式為：5CO₂+8OH^-=2HCO₃^-+3CO₃^2-+3H₂O，根據(jù)物料守恒得n（Na⁺）=0.8mol，n（CO₃^2-）+n（H₂CO₃）+n（HCO₃^-）=0.5mol，
根據(jù)電荷守恒得n（Na⁺）+n（H⁺）=2n（CO₃^2-）+n（OH^-）+n（HCO₃^-），所以得n（CO₃^2-）-n（H₂CO₃）-n（H⁺）+n（OH^-）=0.3 mol，
故答案為：5CO₂+8OH^-=2HCO₃^-+3CO₃^2-+3H₂O；n（CO₃^2-）-n（H₂CO₃）-n（H⁺）+n（OH^-）；
（3）①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.47kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.49kJ•mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+88.0kJ•mol^-1
由蓋斯定律計(jì)算①+②-③得：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-130.98 kJ•mol^-1，
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-130.98 kJ•mol^-1；
（4）A．若保持恒溫，無(wú)論該反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，容器中n（CH₃OH）：n（H₂O）始終為1：1，所以不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．該反應(yīng)是反應(yīng)氣體體積減小的反應(yīng)，若保持恒溫，當(dāng)容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)恒定時(shí)，該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；
C．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)物濃度增大，產(chǎn)物濃度減小，平衡常數(shù)減小，故C錯(cuò)誤；
D．可將1mol CO₂和3mol H₂看成先充入另一個(gè)相同容器中，達(dá)到平衡時(shí)狀態(tài)完全相同，然后加壓將兩個(gè)容器中的氣體合并到一個(gè)容器中，根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理可知，平衡將正向移動(dòng)，CH₃OH的物質(zhì)的量增大，H₂的物質(zhì)的量減小，n（CH₃OH）：n（H₂）的比值增大，故D正確；
故答案為：BD．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了氧化還原反應(yīng)、蓋斯定律、化學(xué)平衡等知識(shí)，為高考熱點(diǎn)，題目難度中等，根據(jù)氧化還原反應(yīng)實(shí)質(zhì)、蓋斯定律內(nèi)涵、化學(xué)平衡的判斷方法等知識(shí)點(diǎn)來(lái)分析解答，注意結(jié)合守恒思想進(jìn)行分析．