Question

中國政府承諾，到2020年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%．
（1）有效“減碳”的手段之一是節(jié)能，下列制氫方法最節(jié)能的是

C

：
A．電解水制氫：2H₂O

電解  .

 2H₂↑+O₂↑
B．高溫使水分解制氫：2H₂O

高溫  .

2H₂↑+O₂↑
C．太陽光催化分解水制氫：2H₂O

TiO2    .

太陽光

 2H₂↑+O₂↑
D．天然氣制氫：CH₄+H₂O

高溫  .

 CO+3H₂
（2）CO₂可轉(zhuǎn)化成有機物實現(xiàn)碳循環(huán)．將2molCO₂和6molH₂充入容積為3L的密閉容器中，在一定溫度和壓強條件下發(fā)生了下列反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂ （g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol-1．反應(yīng)在2分鐘時達(dá)到了平衡．
①用H₂與CO₂濃度的變化表示該反應(yīng)的速率，以它們的速率表示反應(yīng)達(dá)到平衡的關(guān)系式是

3υ（CO₂）_正=υ（H₂）_逆

．
②達(dá)到平衡時，改變溫度（T）和壓強（P），反應(yīng)混合物中CH₃OH的“物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)”變化情況如圖1所示，關(guān)于溫度（T）和壓強（P）的關(guān)系判斷正確的是

CD

（填序號）．

A．P₃＞P₂    T₃＞T₂
B．P₂＞P₄      T₄＞T₂
C．P₁＞P₃     T₁＞T₃
D．P₁＞P₄    T₂＞T₃
（3）工業(yè)上，CH₃OH也可由CO和H₂合成．參考合成反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平
衡常數(shù)：

溫度/℃	0	100	200	300	400
平衡常數(shù)	667	13	1.9×10-2	2.4×10-4	1×10-5

下列說法正確的是

AC

．
A．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)
B．該反應(yīng)在低溫下不能自發(fā)進(jìn)行，高溫下可自發(fā)進(jìn)行，說明該反應(yīng)△S＜0
C．在T℃時，1L密閉容器中，投入0.1mol CO和0.2mol H₂，達(dá)到平衡時，CO轉(zhuǎn)化率為50%，則此時的平衡常數(shù)為100
D．工業(yè)上采用稍高的壓強（5Mpa）和250℃，是因為此條件下，原料氣轉(zhuǎn)化率最高
（4）二氧化碳的捕捉與封存是實現(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2）．
以CO₂與NH₃為原料可合成化肥尿素[CO（NH₂）₂]．已知：
2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.47kJ?mol-1
NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.49kJ?mol-1
H₂O（l）=H₂O（g）△H=+88.0kJ?mol-1
試寫出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=-130.98kJ?mol^-1

．

Answer 1

分析：（1）有效“減碳”的手段之一是節(jié)能，利用太陽光催化分解水制氫最節(jié)能；
（2）①可逆反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等；
②根據(jù)勒夏特列原理解題；
（3）A．由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，可逆反應(yīng)向逆反應(yīng)移動，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動；
B．根據(jù)△G=△H-T△S判斷，△G＞0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行；△G＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
C．利用三段式計算出平衡時平衡混合物各組分的濃度，代入平衡常數(shù)的表達(dá)式計算；
D．由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，可逆反應(yīng)向逆反應(yīng)移動，不利用原料氣轉(zhuǎn)化．
（4）依據(jù)蓋斯定律和熱化學(xué)方程式計算．

解答：解：（1）有效“減碳”的手段之一是節(jié)能，利用太陽光催化分解水制氫最節(jié)能，不需要使用熱量與電能，故選：C；
（2）①平衡時正逆反應(yīng)速率相等，用H₂與CO₂濃度的變化表示該反應(yīng)的速率為3υ（CO₂）_正=υ（H₂）_逆，故答案為：3υ（CO₂）_正=υ（H₂）_逆；
②P₄～P₁，甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，平衡右移，正反應(yīng)是體積減小的反應(yīng)，故P₄＜P₃＜P₂＜P₁；T₁～T₄，甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，平衡右移，正反應(yīng)是放熱的反應(yīng)，說明T₁＞T₂＞T₃＞T₄，故答案為：CD；
（3）A．由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，可逆反應(yīng)向逆反應(yīng)移動，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故A正確；
B．反應(yīng)為放熱反應(yīng)△H＜0，△G=△H-T△S＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，△S＜0，低溫下，反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)行，故B錯誤；
C．對于可逆反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L）：0.1      0.2         0
變化（mol/L）：0.05     0.1        0.05     
平衡（mol/L）：0.05     0.1        0.05
所以平衡常數(shù)k=

0.05

0.05×0．12

=100，故C正確；
D．增大壓強，平衡向正反應(yīng)移動，有利于原料氣轉(zhuǎn)化．由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，可逆反應(yīng)向逆反應(yīng)移動，故升高不利用原料氣轉(zhuǎn)化，采取250℃溫度，考慮反應(yīng)速率與催化劑的活性，故D錯誤．
故選：AC．
（4）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
④2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H4
依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律①+②-③，得到△H=-159.47kJ?mol^-1+116.49kJ?mol^-1-88.0kJ?mol^-1=-130.98KJ/mol，故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-130.98 kJ?mol^-1．

點評：本題考查化學(xué)平衡移動、蓋斯定律、化學(xué)平衡常數(shù)等，（2）為易錯點，注意勒夏特列原理的應(yīng)用，題目難度中等．