Question

能源短缺是人類將要面臨的一個重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．
（1）“原子經(jīng)濟性”強調(diào)在化學品合成過程中，應(yīng)盡可能把原材料都轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物．工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇：
反應(yīng)Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
①上述反應(yīng)符合“原子經(jīng)濟性”原則的是

 

（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）；
②反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)表達式是

 

③下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)Ⅰ在不同溫度下的化學平衡常數(shù)（K）

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中數(shù)據(jù)判斷△H

 

0（填“＞”、“=”或“＜”）．
④某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol?L^-1，則CO的轉(zhuǎn)化率為

 

（2）燃料燃燒會產(chǎn)生溫室氣體，捕碳技術(shù)（主要指捕獲CO₂）在降低溫室氣體排放中具有重要的作用．目前（NH₄）₂CO₃已經(jīng)被用作工業(yè)捕碳劑，它與CO₂可發(fā)生如下可逆反應(yīng)：
（NH₄）₂CO₃（aq）+H₂O（l）+CO₂（g）?2（NH₄）₂HCO₃（aq）△H＜0
為研究溫度對（NH₄）₂CO₃捕獲CO₂效率的影響，在某溫度T₁下，將一定量的（NH₄）₂CO₃溶液置于密閉容器中，并充入一定量的CO₂氣體（用氮氣作為稀釋劑），在t時刻，測得容器中CO₂氣體的濃度．然后分別在溫度為T₂、T₃、T₄、T₅下，保持其它初始實驗條件不變，重復(fù)上述實驗，經(jīng)過相同時間測得CO₂氣體濃度，得到趨勢圖（見圖）．則：
①在T₁～T₂及T₄～T₅二個溫度區(qū)間，容器內(nèi)CO₂氣體濃度呈現(xiàn)如圖所示的變化趨勢，其原因是

 

②利用該原理捕獲CO₂，在（NH₄）₂CO₃初始濃度和體積確定的情況下，提高CO₂吸收量的措施有

 

（寫出2個）
③下列物質(zhì)中也可能作為CO₂捕獲劑的是

 

．
A．NH₄ClB．Na₂CO₃     C．CH₃OH        D．NH₃．

Answer 1

考點：化學平衡常數(shù)的含義,化學平衡的計算

專題：化學平衡專題

分析：（1）①“原子經(jīng)濟性”是指在化學品合成過程中，合成方法和工藝應(yīng)被設(shè)計成能把反應(yīng)過程中所用的所有原材料盡可能多的轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中；
②依據(jù)化學方程式和平衡常數(shù)概念書寫表達式；
③依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，平衡常數(shù)隨溫度升高減小，平衡逆向進行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
④根據(jù)一氧化碳的平衡濃度計算平衡時一氧化碳的物質(zhì)的量，再根據(jù)轉(zhuǎn)化率公式計算其轉(zhuǎn)化率；
（2）①溫度升高，c（CO₂）增大，平衡逆向移動，說明反應(yīng)Ⅲ是放熱反應(yīng)（△H₃＜0），T₁-T₂區(qū)間，化學反應(yīng)未達到平衡狀態(tài)，溫度越高，化學反應(yīng)速率越快，所以CO₂被捕獲的量隨著溫度的升高而提高．T₃-T₄區(qū)間，化學反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)，由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以不利于CO₂的捕獲
反應(yīng)Ⅲ在溫度為T₁時建立平衡后（由圖2可知：溶液pH不隨時間變化而變化），迅速上升到T₂并維持溫度不變，平衡逆向移動，溶液pH增大，在T₂時又建立新的平衡；
②根據(jù)平衡移動原理分析；
③具有堿性的物質(zhì)均能捕獲CO₂．

解答： 解：（1）①根據(jù)原子經(jīng)濟知，Ⅰ沒有副產(chǎn)物，符合原子經(jīng)濟理念，Ⅱ中有副產(chǎn)物，不符合原子經(jīng)濟理念；
故答案為：Ⅰ；
②反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

c(H2O)c(CH3OH)

c(CO2)c3(H2)

；
故答案為：

c(H2O)c(CH3OH)

c(CO2)c3(H2)

；
③根據(jù)圖象知，反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，所以該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則△H₁＜0，故答案為：＜；
④平衡時剩余一氧化碳的物質(zhì)的量=0.2mol/L×2L=0.4mol，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率=

(2-0.4)mol

2mol

×100%=80%，故答案為：80%；
（2）①由圖1可知：在溫度為T₃時反應(yīng)達平衡，此后溫度升高，c（CO₂）增大，平衡逆向移動，說明反應(yīng)Ⅲ是放熱反應(yīng)△H₃＜0，在T₃前反應(yīng)未建立平衡，無論在什么溫度下（NH₄）₂CO₃ （aq）總是捕獲CO₂，故c（CO₂）減小，T₁-T₂區(qū)間，化學反應(yīng)未達到平衡，溫度越高，化學反應(yīng)的速率越快，所以CO₂被捕獲的量隨溫度升高而提高，T₄-T₅區(qū)間，化學反應(yīng)已達到平衡，由于正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以不利于CO₂的捕獲；
故答案為：T₁-T₂區(qū)間，化學反應(yīng)未達到平衡，溫度越高，化學反應(yīng)的速率越快，所以CO₂被捕獲的量隨溫度升高而提高．T₄-T₅區(qū)間，化學反應(yīng)已達到平衡，由于正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以不利于CO₂的捕獲；
②根據(jù)平衡移動原理，降低溫度或增大c（CO₂），故答案為：降低溫度，增大CO₂濃度；
③具有堿性的物質(zhì)均能捕獲CO₂，反應(yīng)如下：Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃；HOCH₂CH₂NH₂+CO₂+H₂O=HOCH₂CH₂NH₃⁺+HCO₃^-，故答案為：B、D．

點評：本題考查“原子經(jīng)濟性”概念的理解、化學平衡常數(shù)、化學平衡計算、反應(yīng)中能量的變化等，熟練掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，難度較大．