Question

10．為解決大氣中CO₂的含量增大的問題，某科學家提出“綠色自由”構(gòu)想：把工廠排出的富含CO₂的廢氣經(jīng)凈化吹入碳酸鉀溶液吸收，然后再把CO₂從溶液中提取出來，經(jīng)化學反應使廢氣中的CO₂轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂霞状迹�“綠色自由”構(gòu)想的部分技術流程如圖1

（1）合成塔中反應的化學方程式為CO₂+3H₂$\stackrel{一定條件}{→}$CH₃OH+H₂O；△H＜0．從平衡移動原理分析，低溫有利于提高原料氣的平衡轉(zhuǎn)化率．而實際生產(chǎn)中采用300℃的溫度，除考慮溫度對反應速率的影響外，還主要考慮了催化劑的催化活性．
（2）從合成塔分離出甲醇的原理與下列 操作的原理比較相符C（填字母）
A．過濾    B．分液    C．蒸餾    D．結(jié)晶
工業(yè)流程中一定包括“循環(huán)利用”，“循環(huán)利用”是提高效益、節(jié)能環(huán)保的重要措施．“綠色自由”構(gòu)想技術流程中能夠“循環(huán)利用”的，除K₂CO₃溶液和CO₂、H₂外，還包括．
（3）在體積為2L的合成塔中，充人2mol CO₂和6mol H₂，測得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．
從反應開始到平衡，V（H₂）=0.24mol/（L•min）；能使平衡體系中$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的措施有增大H₂的用量等．
（4）如將CO₂與H₂以1：4的體積比混合，在適當?shù)臈l件下可制得CH₄．
已知
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-285.5kJ/mol
寫出CO₂（g）與H₂（g）反應生成CH₄（g）與液態(tài)水的熱化學方程式CO₂（g）+4H₂ （g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)工藝流程可知，合成塔內(nèi)反應是氫氣與二氧化碳反應生成甲醇和水；
工業(yè)生產(chǎn)條件選擇要考慮轉(zhuǎn)化率、反應速率、對催化劑的影響、材料、成本等多方面綜合考慮；
（2）從合成塔出來的主要為甲醇與水的混合液，甲醇與水互溶，沸點相差大；
（3）由圖可知，10min達平衡，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CH₃OH）反應速率之比等于化學計量數(shù)之比計算氫氣的反應速率；
平衡向正反應移動，可以增大n（CH₃OH）/n（CO₂）的值；
（4）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol，
②H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H₂=-285.8kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律構(gòu)造目標熱化學方程式．

解答 解：（1）合成塔中的反應是二氧化碳和氫氣在一定條件下可生成甲醇和水，其方程式為：CO₂+3H₂$\stackrel{一定條件}{→}$CH₃OH+H₂O；
溫度影響催化劑的活性，除考慮溫度對反應速率的影響外，還主要考慮了催化劑的催化活性，
故答案為：CO₂+3H₂$\stackrel{一定條件}{→}$CH₃OH+H₂O；催化劑的催化活性；
（2）分離沸點相差比較大，互溶的液體，可以用蒸餾的方法進行分離，
故答案為：C；
（3）由圖可知，10min達平衡，平衡時甲醇的濃度為0.8mol/L，
所以v（CH₃OH）=$\frac{0.8mol/L}{10min}$=0.08mol/（L•min），反應速率之比等于化學計量數(shù)之比，所以v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.08mol/（L•min）=0.24mol/（L•min）．
增大H₂的用量、減少生成H₂O 的量等，平衡右移，可以增大n（CH₃OH）/n（CO₂）的值，
故答案為：0.24mol/（L•min）；增大H₂的用量等；
（4）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol，
②H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H₂=-285.8kJ/mol，
則CO₂（g）與H₂（g）反應生成CH₄（g）與液態(tài)水的熱化學方程式可
根據(jù)蓋斯定律②×4-①得CO₂（g）+4H₂ （g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+4H₂ （g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol．

點評 本題以研究二氧化碳對環(huán)境的影響為背景，考查分析圖示及書寫方程式、化學反應速率計算、熱化學方程式書寫等，解題時首先要根據(jù)流程圖明確物質(zhì)的制備過程，試題有利于培養(yǎng)學生的分析、理解能力及計算能力．