Question

【題目】中共十九大報(bào)告指出，加快水污染防治、實(shí)施流域環(huán)境和近岸海域綜合治理、環(huán)境污染的治理是化學(xué)工作者研究的重要課題，也是踐行“綠水青山就是金山銀山”的重要舉措。請(qǐng)回答下列問題：

科學(xué)研究表明，當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的化石燃料到本世紀(jì)中葉將枯竭，解決此危機(jī)的有效途徑之一便是實(shí)現(xiàn)燃料和燃燒產(chǎn)物之間的良性循環(huán)(如圖甲所示)：

（1）一種常用的方法是在230℃、有催化劑條件下將CO2和H2，轉(zhuǎn)化為甲醇蒸汽和水蒸氣。圖乙是生成1molCH3OH時(shí)的能量變化示意圖。已知破壞1mol不同共價(jià)鍵的能量(kJ) 分別如下表：

C-H	C-O	C=O	H-H	H-O
413.4	351	745	436	462.8

①結(jié)合上表數(shù)據(jù)，試寫出生成CH3OH的熱化學(xué)反應(yīng)方程式：____________________。

②已知E2=189.8kJ·mol-1，則E1=_______。

（2）將不同量的CO(g) 和H2O(g) 分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中進(jìn)行如下反應(yīng)： CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) 得到如下表所示三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)	溫度/℃	起始量		達(dá)到平衡
		CO/mol	H2O/mol	H2/mol	CO轉(zhuǎn)化率	所需時(shí)間/min
1	650	4	2	1.6		6
2	900	3	2			3
3	900

①該反應(yīng)的△H_______0 (填“<”或“>”)。

②實(shí)驗(yàn)2條件下的平衡常數(shù)K=_______。

③實(shí)驗(yàn)3中，若起始時(shí)在容器中加入CO、H2O、CO2、H 2各1mol，則此時(shí)v正_______v逆 (填“<”“>”或“=”)。

（3）合成甲醇時(shí)所需的CO2 可以利用Na2CO3溶液從工業(yè)廢氣(主要含CO2) 中捕捉，其原理如圖：

現(xiàn)向100mL 0.1mol/L Na2CO3溶液中通入112mL (已換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況) CO2，假設(shè)溶液中沒有晶體析出，試回答下列問題：

①該工業(yè)廢氣處理過程中“靜電除塵裝置”利用了______________________________的原理。

②用離子方程式解釋Na2CO3溶液呈堿性的原因：_____________________。

③反應(yīng)后所得溶液中的各離子濃度由大到小的順序是______________________________。

Answer 1

【答案】 CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O△H=-181.6kJ/mol 8.2kJ/mol < < 膠體離子帶電性(或膠體的電泳現(xiàn)象) CO32-+H2OHCO3-+OH- c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)

【解析】(1)①反應(yīng)熱等于反應(yīng)物總鍵能減去生成物的總鍵能，而二氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲醇的反應(yīng)方程式為：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)，可知該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=(2×745+3×436-2×462.8-3×413.4-351-462.8)kJmol-1=-181.6kJmol-1，故答案為：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O△H=-181.6kJ/mol；

②由圖可知：△H=E1-E2，所以E1=E2+△H=189.8kJ·mol-1-181.6kJmol-1=8.2kJmol-1，故答案為：8.2kJ/mol；

(2)①650℃根據(jù)方程式可知

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始量(mol) 4 2 0 0

轉(zhuǎn)化量(mol)1.6 1.6 1.6 1.6

平衡量(mol)2.4 0.4 1.6 1.6

因?yàn)閮傻挠?jì)量數(shù)相等，所以反應(yīng)前后體積不變，可以用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K==；

900℃根據(jù)方程式可知

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起始量(mol)3 2 0 0

轉(zhuǎn)化量(mol)1 11 1

平衡量(mol)21 1 1

此時(shí)平衡常數(shù)K==，而＞，這說明升高溫度平衡常數(shù)減小，因此升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，即正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則該反應(yīng)的△H＜0，故答案為：＜；

②根據(jù)①的分析可知實(shí)驗(yàn)2條件下的平衡常數(shù)K=，故答案為： ；

③實(shí)驗(yàn)3中，此時(shí)Qc==1＞K，反應(yīng)逆向進(jìn)行，此時(shí)v正＜v逆，故答案為：＜；

(3)①膠體離子帶有電性，在電場(chǎng)中能夠定向移動(dòng)，故答案為：膠體離子帶電性(或膠體的電泳現(xiàn)象)；

②Na2CO3溶液水解生成氫氧化鈉，溶液呈堿性，離子方程式為CO32-+H2OHCO3-+OH-，故答案為：CO32-+H2OHCO3-+OH-；

(3)①將100mL0.1mol/LNa2CO3的溶液溶質(zhì)的物質(zhì)的量為：0.1L×0.1mol/L=0.01mol，112mLCO2的物質(zhì)的量為：0.005mol，發(fā)生反應(yīng)Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，二者反應(yīng)碳酸鈉過量為0.005mol，同時(shí)生成0.01mol的NaHCO3，碳酸根離子的水解程度大于碳酸氫根離子，所以離子濃度大小為：c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(H+)故答案為：c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(H+)。