Question

【題目】CO2是一種廉價(jià)的碳資源，其綜合利用具有重要意義�；卮鹣铝袉栴}：

I.CO2可以被NaOH溶液捕獲，若所得溶液c(HCO3-)∶c(CO32-)=2∶1，溶液pH=_____。（室溫下，H2CO3的K1=4×10-7；K2=5×10-11）

II.CO2與CH4經(jīng)催化重整，制得合成氣：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)

(1)已知上述反應(yīng)中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)：

化學(xué)鍵	C-H	C=O	H-H
鍵能/kJ/mol	413	745	436	1075

則該反應(yīng)的ΔH=___________。分別在V L恒溫密閉容器A(恒容)、B(恒壓，容積可變)中，加入CH4和CO2各1 mol的混合氣體。兩容器中反應(yīng)達(dá)平衡后放出或吸收的熱量較多的是___________（填“A”或“B”）。

(2)按一定體積比加入CH4和CO2，在恒壓下發(fā)生反應(yīng)，溫度對CO和H2產(chǎn)率的影響如圖1所示。此反應(yīng)優(yōu)選溫度為900℃的原因是____________。

(3)在T1溫度時(shí)，將CH4和CO2各1.0 mol充入2 L密閉恒容容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，若CH4轉(zhuǎn)化率為40%，則

①容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為___________；

②此溫度下，若該容器中含有CH4、CO2、H2、CO各1.0 mol，則此時(shí)反應(yīng)所處的狀態(tài)為___________（填“向正反應(yīng)方向進(jìn)行中”“向逆反應(yīng)方向進(jìn)行中”或“平衡狀態(tài)”）

③欲使甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率提高，應(yīng)采取的措施是___________(填標(biāo)號(hào))。

A.升高溫度 B.降低溫度 C.增大壓強(qiáng) D.減小壓強(qiáng)

Answer 1

【答案】10 +120 kJ/mol B 900℃時(shí)，合成氣產(chǎn)率已經(jīng)較高，再升高溫度產(chǎn)率增幅不大，但能耗升高，經(jīng)濟(jì)效益降低 1.4 向正反應(yīng)方向進(jìn)行中 A

【解析】

(I)對于Na2CO3溶液，根據(jù)其水解常數(shù)Kh與電離平衡常數(shù)的關(guān)系計(jì)算；

(II)(1)反應(yīng)熱等于反應(yīng)物總化學(xué)鍵鍵能和與生成物總鍵能和的差；該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)吸熱反應(yīng)，利用壓強(qiáng)對平衡移動(dòng)的影響分析平衡移動(dòng)，判斷反應(yīng)過程的能量變化；

(2)CH4和CO2在恒壓下發(fā)生反應(yīng)。根據(jù)溫度與物質(zhì)平衡轉(zhuǎn)化率和合成成本分析判斷；
(3)①根據(jù)物質(zhì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系計(jì)算平衡時(shí)氣體的總物質(zhì)的量，利用容器容積不變時(shí)，氣體物質(zhì)的量的比等于壓強(qiáng)比計(jì)算；

②先計(jì)算T1溫度下的平衡常數(shù)K，然后計(jì)算該時(shí)刻的Qc，并與K比較，判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；

③根據(jù)平衡移動(dòng)原理分析判斷。

(1)對于Na2CO3溶液，根據(jù)其水解常數(shù)Kh===2×10-4 mol/L，由于c(HCO3-)∶c(CO32-)=2∶1，所以由=可得2c(OH-)=2×10-4 mol/L，則c(OH-)=1×10-4 mol/L，c(H+)= mol/L=10-10 mol/L，所以pH=10；

(II)(1)該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=(4×413+2×745)kJ/mol-(2×1075+2×436) kJ/mol=+120 kJ/mol；

可見該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，A是恒溫恒容體積下進(jìn)行的反應(yīng)，B是恒溫恒壓，容器可變，在容器B中，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，容器的容積擴(kuò)大，相當(dāng)于容器A來說，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，所以容器B吸收的熱量比容器A多；

(2)反應(yīng)在恒壓下進(jìn)行，根據(jù)圖示可知：優(yōu)選溫度為900℃是由于900℃時(shí)合成氣中產(chǎn)品的產(chǎn)率已經(jīng)較高，再升高溫度產(chǎn)率增幅不大，但能耗升高，經(jīng)濟(jì)效益降低，所以合適溫度為900℃；

(3)①在T1溫度時(shí)，將CH4和CO2各1.0 mol充入2 L密閉恒容容器中，發(fā)生反應(yīng)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)，由于平衡時(shí)CH4轉(zhuǎn)化率為40%，則平衡時(shí)產(chǎn)生CO、H2的物質(zhì)的量都是2×0.4 mol=0.8 mol，平衡時(shí)n(CH4)=n(CO2)=(1.0-0.4) mol=0.6 mol，平衡時(shí)氣體的總物質(zhì)的量為0.6 mol+0.6 mol+0.8 mol+0.8 mol=2.8 mol，反應(yīng)開始時(shí)氣體的物質(zhì)的量為1.0 mol+1.0 mol=2.0 mol，所以根據(jù)壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為2.8 mol：2.0 mol=1.4；

②根據(jù)①計(jì)算可知：化學(xué)平衡常數(shù)是可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，各種生成物濃度冪之積與各種反應(yīng)物濃度冪之積的比，在此溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)K===0.284，在此溫度下的Qc==0.25<K，故反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行；

③CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的正反應(yīng)是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)。

A.升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱的正反應(yīng)方向移動(dòng)，CH4的轉(zhuǎn)化率提高，A符合題意；

B.降低溫度，化學(xué)平衡向放熱的逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CH4的轉(zhuǎn)化率降低，B不符合題意；

C.增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡向氣體體積減小的逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CH4的轉(zhuǎn)化率降低，C不符合題意；

D.減小壓強(qiáng)，化學(xué)平衡向氣體體積增大的正反應(yīng)方向移動(dòng)，CH4的轉(zhuǎn)化率提高，但減小壓強(qiáng)導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)速率減小，使生產(chǎn)效率降低，D不符合題意；

故合理選項(xiàng)是A。