Question

【題目】科學研究表明，當前應用最廣泛的化石燃料到本世紀中葉將枯竭，解決此危機的唯一途徑是實現燃料和燃燒產物之間的良性循環（如左圖）：

（1）一種常用的方法是在230℃、有催化劑條件下將CO2和H2轉化為甲醇蒸汽和水蒸氣。右圖是生成1molCH3OH時的能量變化示意圖。已知破壞1mol不同共價鍵的能量（kJ）分別是：

已知E1=8.2 kJ·mol－1，則E2＝__________kJ·mol－1

（2）將不同量的CO（g）和H2O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中進行如下反應：CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g），得到如下三組數據：

① 該反應的△H___________0（填“<” 或“>” ）。

② 實驗2條件下的平衡常數K= 。

③ 實驗3中，若平衡時H2O的轉化率為1/3，則a/b=______，c=____。

④ 實驗4，若900℃時，在容器中加入CO、H2O、CO2、H2各1mol，則此時V正 V逆（填“<” ，“>” ，“=”）

（3）捕捉CO2可以利用Na2CO3溶液,先用Na2CO3溶液吸收CO2生成NaHCO3，然后使NaHCO3分解，Na2CO3可以進行循環使用。將100mL 0.1mol/L Na2CO3的溶液中通入112mL（已換算為標準狀況）的CO2，溶液中沒有晶體析出，則：

①反應后溶液中的各離子濃度由大到小的順序是____________________________。

②反應后的溶液可以作“緩沖液”（當往溶液中加入一定量的酸和堿時，有阻礙溶液pH變化的作用），請解釋其原理______________________________________。

Answer 1

【答案】（1）198.8

（2）①＜；②1；③0.5，c=b/3；④＝

（3）①c(Na＋)＞c(HCO3－)＞c(CO32－)＞c(OH－)＞c(H＋)；②向反應后的溶液中加入少量酸時，碳酸根結合氫離子轉化為碳酸氫根，溶液的pH變化不大；加入少量堿時，碳酸氫根結合氫氧根轉化為碳酸根，溶液的pH變化也不大

【解析】

試題分析：（1）反應熱等于反應物中鍵能之和與生成物中鍵能之和的差值，則根據方程式CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）可知該反應的反應熱△H＝（2×745+3×436－2×462.8－3×413.4－351－462.8）kJ/mol＝－181.6kJ/mol。根據圖像可知△H＝E1－E2＝－181.6kJ/mol，所以E2＝189.8kJ/mol。

（2）①650℃根據方程式可知

CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）

起始量（mol） 4 2 0 0

轉化量（mol） 1.6 1.6 1.6 1.6

平衡量（mol） 2.4 0.4 1.6 1.6

反應前后體積不變，可以用物質的量代替濃度計算平衡常數，則該反應的平衡常數為K＝

900℃根據方程式可知

CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）

起始量（mol） 2 1 0 0

轉化量（mol） 2/3 2/3 2/3 2/3

平衡量（mol） 4/3 1/3 2/3 2/3

此時平衡常數K＝

這說明升高溫度平衡常數減小，因此升高溫度平衡向逆反應方向進行，即正反應是放熱反應，則該反應的△H＜0。

②根據以上分析可知實驗2條件下的平衡常數K=1。

③實驗3中，

CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）

起始量（mol） a b 0 0

轉化量（mol） c c c c

平衡量（mol） a－c b－c c c

若平衡時H2O的轉化率為1/3，則b＝3c

又因為

解得b＝2a，即a/b=0.5，c=b/3。

④實驗4，若900℃時，在容器中加入CO、H2O、CO2、H2各1mol，則此時濃度熵Q＝1＝K，因此反應恰好是平衡狀態，則V正＝V逆。

（3）捕捉CO2可以利用Na2CO3溶液,先用Na2CO3溶液吸收CO2生成NaHCO3，然后使NaHCO3分解，Na2CO3可以進行循環使用。將100mL 0.1mol/L Na2CO3的溶液中通入112mL（已換算為標準狀況）的CO2，溶液中沒有晶體析出，則：

①碳酸鈉是0.01mol，二氧化碳是0.112L÷22.4L/mol＝0.005mol，根據方程式Na2CO/span>3＋CO2＋H2O＝2NaHCO3可知二者反應生成0.01mol碳酸氫鈉，另外還剩余0.005mol碳酸鈉，則反應后溶液中的各離子濃度由大到小的順序是c(Na＋)＞c(HCO3－)＞c(CO32－)＞c(OH－)＞c(H＋)。

②如果向反應后的溶液中加入少量酸時，碳酸根結合氫離子轉化為碳酸氫根，溶液的pH變化不大；如果加入少量堿時，碳酸氫根結合氫氧根轉化為碳酸根，溶液的pH變化也不大，因此反應后的溶液可以作“緩沖液”。