Question

【題目】CO2既是溫室氣體，也是重要的化工原料，二氧化碳的捕捉和利用是我國能源領域的一個重要戰略方向。

（1）用活性炭還原法可以處理汽車尾氣中的氮氧化物，某研究小組向某密閉容器加入足量的活性炭和一定量的NO，發生反應C(s)+ 2NO(g) N2(g)+CO2(g) △H，在T1℃時，反應進行到不同時間測得各物質的量濃度如下：

濃度/(mol/L)/\時間/min	0	10	20	30	40
NO	2.0	1.16	0.40	0.40	0.6
N2	0	0.42	0.80	0.80	1.2
CO2	0	0.42	0.80	0.80	1.2

①根據圖表數據分析T1℃時，該反應在0～10min內的平均反應速率v(N2)＝____________mol·L-1·min-1；計算該反應的平衡常數K＝_____________。

②若30min后只改變某一條件，據上表中的數據判斷改變的條件可能是____________（填字母編號）。

A.加入合適的催化劑 B.適當縮小容器的體積

C.通入一定量的NO 　 D.加入一定量的活性炭

③若30min后升高溫度至T2℃，達到平衡時，容器中NO、N2、CO2的濃度之比為2：3：3，則達到新平衡時NO的轉化率___________（填“升高”或“降低”），△H______0（填“>”或“<”）。

（2）工業上用CO2和H2反應合成二甲醚。已知：

CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) △H1＝-49.1 kJ·mol－1

2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) △H2＝-24.5 kJ·mol－1

寫出CO2(g)和H2(g)轉化為CH3OCH3(g)和H2O(g)的熱化學方程式_______________。

（3）二甲醚燃料電池具有能量轉化率高、電量大的特點而被廣泛應用，一種二甲醚氧氣電池（電解質為KOH溶液）的負極反應式為：_________________________。

（4）常溫下，用NaOH溶液作CO2捕捉劑不僅可以降低碳排放，而且可得到重要的化工產品Na2CO3。

①若某次捕捉后得到pH=10 的溶液，則溶液中c(CO32-)∶c(HCO3-)=_______________。[常溫下K1(H2CO3)=4.4×10-7、 K2(H2CO3)=5×10-11]。

②欲用2LNa2CO3溶液將4.66gBaSO4 固體全都轉化為BaCO3，則所用的Na2CO3溶液的物質的量濃度至少為__________________________。[已知：常溫下Ksp(BaSO4)=1×10-11，Ksp(BaCO3)=1×10-10]。（忽略溶液體積的變化）

Answer 1

【答案】 0.042 4.0 BC 降低 < 2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g) △H＝－122.7 kJ·mol-1 CH3OCH3 －12e- + 16OH- = 2CO32- + 11H2O 1：2或0.5 0.11mol/L

【解析】試題分析：本題考查化學反應速率和化學平衡常數的計算，外界條件對化學平衡的影響，蓋斯定律的應用，燃料電池電極反應式的書寫，電離平衡常數的計算，與溶度積有關的計算。

（1）①在0~10min內的平均反應速率υ（N2）=（0.42mol/L-0mol/L）10min=0.042mol/（L·min）。20min~30min各物質的物質的量濃度不變，說明反應已經達到平衡，即平衡時NO、N2、CO2物質的量濃度依次為0.40mol/L、0.80mol/L、0.80mol/L，該反應的平衡常數K=[c（N2）·c（CO2）]/c2（NO）==4。

②30min后改變一個條件，40min時NO、N2、CO2的濃度都變為30min時的1.5倍。A項，加入合適的催化劑，平衡不移動，各物質物質的量濃度不變，不可能；B項，適當縮小容器的體積，平衡不移動，但各物質物質的量濃度成比例增大，可能；C項，通入一定量的NO，由于C是固體，相當于增大壓強，平衡不移動，但各物質物質的量濃度成比例增大，可能；D項，加入一定量的活性炭，由于C是固體，平衡不移動，各物質物質的量濃度不變，不可能；答案選BC。

③30min時NO、N2、CO2的濃度之比為0.40：0.80：0.80=1:2:2，升高溫度NO、N2、CO2的濃度之比為2：3：3，即升高溫度平衡向逆反應方向移動，則達到新平衡時NO的轉化率降低，逆反應為吸熱反應，ΔH0。

（2）將反應編號，

CO2（g）＋3H2（g） CH3OH（g）＋H2O（g） ΔH1＝-49.1 kJ·mol－1（①式）

2CH3OH（g） CH3OCH3（g）＋H2O（g） ΔH2＝-24.5 kJ·mol－1（②式）

應用蓋斯定律，①式2+②式得2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）ΔH=2ΔH1+ΔH2=2（-49.1kJ/mol）+（-24.5kJ/mol）=-122.7kJ/mol，反應的熱化學方程式為2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）ΔH=-122.7kJ/mol。

（3）二甲醚氧氣電池中電解質為KOH溶液，負極二甲醚被氧化成CO32-，1mol二甲醚失去12mol電子，負極反應式為CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O。

（4）①H2CO3的電離方程式為H2CO3H++HCO3-、HCO3-H++CO32-，K2（H2CO3）=[c（H+）·c（CO32-）]/c（HCO3-），則c（CO32-）：c（HCO3-）= K2（H2CO3）/c（H+）=510-11（110-10）=1:2。

②n（BaSO4）==0.02mol，沉淀轉化的離子方程式為BaSO4（s）+CO32-（aq）BaCO3（s）+SO42-（aq），該反應的平衡常數K=c（SO42-）/c（CO32-）=Ksp（BaSO4）/Ksp（BaCO3）=110-11（110-10）=0.1；根據離子方程式，當BaSO4固體全部轉化時消耗CO32-物質的量為0.02mol，生成的SO42-物質的量為0.02mol，溶液中c（SO42-）=0.02mol2L=0.01mol/L，溶液中c（CO32-）= c（SO42-）/K=0.01mol/L0.1=0.1mol/L；所用Na2CO3物質的量濃度至少為0.02mol2L+0.1mol/L=0.11mol/L。