Question

大量排放CO₂會(huì)加重溫室效應(yīng)，影響地球大氣環(huán)境．為減少CO₂對(duì)環(huán)境的影響，世界各國(guó)在限制其排放量的同時(shí)加強(qiáng)了對(duì)CO₂創(chuàng)新利用的研究，如致力于二氧化碳的“組合轉(zhuǎn)化”技術(shù)研究，把過(guò)多的二氧化碳轉(zhuǎn)化為有益于人類的物質(zhì)，如甲醇、CH₄、汽油 等．
I．目前，用超臨界CO₂（其狀態(tài)介于氣態(tài)和液態(tài)之間）代替氟利昂作致冷劑已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，這一做法的積極意義在于

 

．
II．有科學(xué)家提出“綠色自由”構(gòu)想：把空氣吹入碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出來(lái)，經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)后使之變?yōu)榭稍偕�燃料甲醇．“綠色自由”構(gòu)想技術(shù)流程如下：

（1）吸收池中反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

 

．
（2）在合成塔中，若有4.4kgCO₂與足量H₂恰好完全反應(yīng)，可放出4947kJ的熱量，試寫(xiě)出合成塔中發(fā)生反應(yīng)的熱化學(xué)方程式

 

．
（3）控制不同的反應(yīng)條件，CO₂和H₂反應(yīng)還可以得到其它有機(jī)物．如將CO₂和H₂以1：4的體積比混合，在適當(dāng)條件下反應(yīng)，可獲得重要能源CH₄：CO₂+4H₂=CH₄+2H₂O；如將CO₂和H₂以1：3的體積比混合，還可生成某種重要的化工原料和水，該化工原料可能是

 

．
A．烷烴        B．烯烴         C．炔烴          D．芳香烴
（4）已知在443～473K時(shí)，用鈷（Co）作催化劑可使CO₂和H₂生成C₅～C₈的烷烴，這是人工合成汽油的方法之一．要達(dá)到汽油的要求，CO₂和H₂體積比的取值范圍應(yīng)是

 

．
Ⅲ．若在一密閉恒容容器中充入CO₂和H₂的物質(zhì)的量分別為1mol和3mol，發(fā)生反應(yīng)得到CH₃OH（g）和H₂O（g）．測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖所示：

（1）從反應(yīng)開(kāi)始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=

 

mol/（L?min）．
（2）下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是

 

．
A．升高溫度                    B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大 
C．將H₂O（g）從體系中分離       D．再充入1mol CO₂和3mol H₂．

Answer 1

分析：Ⅰ．根據(jù)氟利昂作致冷劑可導(dǎo)致臭氧空洞分析；
Ⅱ．（1）碳酸鉀能和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鉀；
（2）n（CO₂）=

4400g

44g/mol

=100mol，根據(jù)反應(yīng)的方程式CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）計(jì)算反應(yīng)熱；
（3）CO₂和H₂以1：3的體積比混合生成水，結(jié)合質(zhì)量守恒判斷產(chǎn)物；
（4）用鈷（Co）作催化劑可使CO₂和H₂生成C₅～C₈的烷烴，根據(jù)方程式nCO₂+（3n+1）H₂→C_nH_2n+2+2nH₂O計(jì)算；
Ⅲ．（1）反應(yīng)的方程式為CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)甲醇的濃度變化為0.75mol/L，根據(jù)濃度變化量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比氫氣的濃度變化量，根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算v（H₂）；
（2）使n（CH₃OH）/n（CO₂）應(yīng)采取措施，使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量．

解答：解：I．氟利昂作致冷劑可導(dǎo)致臭氧空洞，則用超臨界CO₂（其狀態(tài)介于氣態(tài)和液態(tài)之間）代替氟利昂作致冷劑，可保護(hù)臭氧層，
故答案為：保護(hù)臭氧層；
Ⅱ．（1）碳酸鉀能和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鉀，反應(yīng)的方程式為K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃，故答案為：K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；
（2）n（CO₂）=

4400g

44g/mol

=100mol，放出4947kJ的熱量，
則1molCO₂反應(yīng)可放出49.47kJ的熱量，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47 kJ?mol^-1
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47 kJ?mol^-1；
（3）由反應(yīng)物CO₂和H₂混合在一定條件下以1：3（分子數(shù)比）比例發(fā)生反應(yīng)，可判斷混合氣體中C、H原子個(gè)數(shù)比為1：6；又由于反應(yīng)后生成水，即有H原子與O原子化合成水分子；而在四個(gè)選項(xiàng)中的物質(zhì)中都不含O元素，可判斷1個(gè)CO₂分子中的2個(gè)O原子應(yīng)與4個(gè)H原子結(jié)合成2個(gè)水分子，即混合氣體中的1個(gè)C原子應(yīng)與2個(gè)H原子化合成化工原料；通過(guò)以上分析，可得出化工原料中C、H原子個(gè)數(shù)比應(yīng)為1：2；而在CH₄中C、H原子個(gè)數(shù)比為1：4，在C₂H₂中C、H原子個(gè)數(shù)比為1：1，在C₂H₄中C、H原子個(gè)數(shù)比為1：2，在C₂H₆中C、H原子個(gè)數(shù)比為1：3，
故答案為：B；
（4）由nCO₂+（3n+1）H₂→C_nH_2n+2+2nH₂O可知，當(dāng)生成C₅H₁₂時(shí)，n：（3n+1）=5：16，當(dāng)生成C₈H₁₈時(shí)，n：（3n+1）=8：25，
故答案為：

5

16

≤V（CO₂）/V（H₂）≤

8

25

．
Ⅲ．（1）由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知，氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量為0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L?mon），
故答案為：0.225；
（2）使n（CH₃OH）/n（CO₂）應(yīng)采取措施，使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量，
A．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯(cuò)誤；
B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，容器的容積不變，反應(yīng)混合物的濃度不變，平衡不移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故B錯(cuò)誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確；
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效為增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確；
故答案為：C、D．

點(diǎn)評(píng)：本題考查反應(yīng)速率計(jì)算、化學(xué)平衡的計(jì)算與影響因素、平衡常數(shù)等，難度中等，注意利用化學(xué)反應(yīng)方程式和質(zhì)量守恒定律來(lái)推斷物質(zhì)的化學(xué)式，守恒方法是解答本題的常用方法，學(xué)生應(yīng)熟悉元素守恒、原子守恒來(lái)解答此類習(xí)題．