Question

5．2016年9月3日，二十國集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)人杭州峰會(huì)之前，中國政府率先簽署了《巴黎協(xié)定》并向聯(lián)合國交存批準(zhǔn)文書，體現(xiàn)中國為應(yīng)對(duì)全球氣候變化做出了重要貢獻(xiàn)．為減少CO₂對(duì)環(huán)境造成影響，有科學(xué)家提出設(shè)想，先把空氣吹入碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出來，并使之變?yōu)榭稍偕�燃料甲醇，流程如圖1所示：

（1）寫出分解池中反應(yīng)的化學(xué)方程式2KHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+H₂O+CO₂↑．
（2）在合成塔中，當(dāng)有8.8gCO₂與足量H₂完全反應(yīng)，可放出9.84×l0³kJ的能量，寫出合成塔中反應(yīng)的熱化學(xué)方程式CO_2（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49200KJ/mol．
（3）在體積為l L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂在300℃下發(fā)生反應(yīng)，有關(guān)物質(zhì)的濃度隨時(shí)間變化如圖2所示．
①從反應(yīng)開始到平衡，H₂的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）．
②其他條件不變，只將溫度提高到500℃，再次平衡時(shí)n（CH₃OH）/n（CO₂）比值減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）．
③從平衡移動(dòng)原理分析，低溫有利于提高原料氣的轉(zhuǎn)化率，而實(shí)際生產(chǎn)中采用300℃的溫度，原因是催化劑此溫度下活性最大．
（4）目前，由CO₂來合成二甲醚已取得了較大的進(jìn)展，其化學(xué)反應(yīng)是：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＞0．判斷該反應(yīng)在一定條件下，體積恒定的密閉容器中是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是bd．
a．容器中密度不變
b．單位時(shí)間內(nèi)消耗2molCO₂，同時(shí)消耗1mol二甲醚
c．v（CO₂）：v（H₂）=1：3
d．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變．

Answer 1

分析 （1）碳酸氫鉀不穩(wěn)定，加熱時(shí)分解生成碳酸鉀和二氧化碳、水；
（2）8.8gCO₂的物質(zhì)的量=$\frac{8.8g}{44g/mol}$=0.2mol，0.2mol二氧化碳和足量氫氣反應(yīng)放出9.84×l0³kJ熱量，計(jì)算1mol二氧化碳與足量氫氣反應(yīng)放出的熱量，從而寫出其熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（3）①依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的概念計(jì)算，用單位時(shí)間內(nèi)物質(zhì)濃度的變化計(jì)算得到；
②反應(yīng)是放熱反應(yīng)溫度升高平衡逆向進(jìn)行；
③考慮反應(yīng)快慢（或者催化劑活性）；
（4）化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分濃度保持不變，分析選項(xiàng)判斷．

解答 解：（1）二氧化碳和飽和的碳酸鉀溶液反應(yīng)生成碳酸氫鉀，碳酸氫鉀不穩(wěn)定，加熱時(shí)分解生成碳酸鉀、二氧化碳和水，所以方程式為2KHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+H₂O+CO₂↑．
故答案為：2KHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+H₂O+CO₂↑；
（2）8.8gCO₂的物質(zhì)的量=$\frac{8.8g}{44g/mol}$=0.2mol，0.2mol二氧化碳和足量氫氣反應(yīng)放出9.84×l0³kJ熱量，計(jì)算1mol二氧化碳與足量氫氣反應(yīng)放出的熱量為49200KJ：，所以其熱化學(xué)反應(yīng)方程式為CO_2（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49200KJ/mol，
故答案為：CO_2（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49200KJ/mol；
（3）①圖象分析，甲醇表示的反應(yīng)速率=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/L•min；依據(jù)化學(xué)方程式CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）計(jì)算得到氫氣表示的反應(yīng)速率=0.075mol/L•min×3=0.225 mol/（L•min）；
故答案為：0.225 mol/（L•min）； 
②反應(yīng)是放熱反應(yīng)，若其它條件不變，只將溫度提高到800℃，平衡逆向進(jìn)行，再次達(dá)平衡時(shí)$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$比值減��；
故答案為：減小；
③從平衡移動(dòng)原理分析，低溫有利于提高原料氣的轉(zhuǎn)化率，而實(shí)際生產(chǎn)中采用300℃的溫度是為了催化劑此溫度下活性最大，
故答案為：催化劑此溫度下活性最大；
根據(jù)：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＞0可知，該反應(yīng)為氣體體積減小的吸熱反應(yīng)，所以在一定溫度下，體積恒定的密閉容器中，
a．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量守恒，體積固定，所以過程中密度不變，容器的密度不變不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡，故a錯(cuò)誤；
b．單位時(shí)間內(nèi)消耗2mol CO₂，同時(shí)消耗1mol二甲醚證明反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率相同，能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故b正確；
c．v（CO₂）：v（H₂）=1：3無法判斷正逆反應(yīng)速率是否相等，故c錯(cuò)誤；
d．反應(yīng)前后氣體體積變化，容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變說明反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：bd．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了工業(yè)制備物質(zhì)的原理應(yīng)用，熱化學(xué)方程式的書寫方法和注意問題，化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算和平衡影響因素的理解，題目難度中等．