Question

（13分）研究CO2的利用對促進低碳社會的構建具有重要的意義。

（1）已知拆開1 mol H2、1 mol O2和液態(tài)水中1 mol O—H鍵使之成為氣態(tài)原子所需的能量分別為436 kJ、496 kJ和462 kJ；CH3OH(g)的燃燒熱為627 kJ·mol－1。則CO2(g)＋3H2(g)＝CH3OH(g)＋H2O(l) H＝ kJ·mol－1。

（2）將燃煤廢氣中的CO2轉(zhuǎn)化為二甲醚的反應原理為：2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(l)

①該反應平衡常數(shù)表達式K＝ 。

②已知在某壓強下，該反應在不同溫度、不同投料比時，CO2的轉(zhuǎn)化率如圖所示。該反應的H 0（填“＞”或“＜”）。若溫度不變，減小反應投料比[n(H2)/n(CO2)]，則K將 （填“增大”、“減小”或“不變”）。

③某溫度下，向體積一定的密閉容器中通入CO2(g)與H2(g)發(fā)生上述反應，當下列物理量不再發(fā)生變化時，能表明上述可逆反應達到化學平衡的是 。

A．二氧化碳的濃度 B．容器中的壓強

C．氣體的密度 D．CH3OCH3與H2O的物質(zhì)的量之比

（3）向澄清的石灰水中通入CO2至溶液中的Ca2+剛好完全沉淀時，則溶液中c(CO32-)＝ 。[已知：Ksp(CaCO3)=2.8×10－9]

Answer 1

（1）－93 （3分）（2）① c(CH3OCH3)/ [c2(CO2)×c6(H2)] （2分）② ＜ （2分）

不變 （1分）③ ABC （3分） （3）2.8×10－4 mol/L （2分）

【解析】

試題分析：（1）已知拆開1 mol H2、1 mol O2和液態(tài)水中1 mol O—H鍵使之成為氣態(tài)原子所需的能量分別為436 kJ、496 kJ和462 kJ，則生成1mol液態(tài)水放出的熱量是462kJ×2—436 kJ—496 kJ×1/2＝240kJ，即反應的熱化學方程式為①1/2O2(g)＋H2(g)＝H2O(l) H＝—240kJ·mol－1。又因為CH3OH(g)的燃燒熱為627 kJ·mol－1，即熱化學方程式為②CH3OH(g)＋3/2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) H＝—627kJ·mol－1，則根據(jù)蓋斯定律可知①×3—②即得到CO2(g)＋3H2(g)＝CH3OH(g)＋H2O(l) H＝—93kJ·mol－1。

（2）①化學平衡常數(shù)是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態(tài)時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，則根據(jù)方程式可判斷該反應平衡常數(shù)表達式K＝c(CH3OCH3)/ [c2(CO2)×c6(H2)]。

②根據(jù)圖像可知，在投料比相同的條件下，升高溫度CO2的轉(zhuǎn)化率降低，這說明升高溫度平衡向逆反應方向進行，因此正反應是放熱反應，即反應的H＜0。平衡常數(shù)只與溫度有關系，因此若溫度不變，減小反應投料比[n(H2)/n(CO2)]，則K將不變。

③在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學平衡狀態(tài)。則A．二氧化碳的濃度不再發(fā)生變化可以說明反應達到平衡狀態(tài)，A正確；B．正反應是體積減小的可逆反應，因此當壓強不再發(fā)生變化時可以說明反應達到平衡狀態(tài)，B正確；C．密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應過程中容積始終是不變的，當氣體的質(zhì)量是減小的，因此密度是變化的，則當氣體的密度不再發(fā)生變化時可以說明反應達到平衡狀態(tài)，C正確；D．根據(jù)方程式可知甲醇與水總是按照物質(zhì)的量之比1：3產(chǎn)生，因此CH3OCH3與H2O的物質(zhì)的量之比始終是不變，所以不能說明反應達到平衡狀態(tài)，D錯誤，答案選ABC。

（3）當溶液中離子的濃度小于1×10—5mol/L時可以認為完全測定，因此向澄清的石灰水中通入CO2至溶液中的Ca2+剛好完全沉淀時溶液中c(CO32-)＝2.8×10－9÷1×10—5＝2.8×10－4mol/L。

考點：考查蓋斯定律、外界條件對平衡狀態(tài)的影響、平衡狀態(tài)的判斷以及溶度積常數(shù)計算