Question

為減小CO₂對環境的影響，在限制其排放量的同時，應加強對CO₂創新利用的研究。

（1）①把含有較高濃度CO₂的空氣通入飽和K₂CO₃溶液。②在①的吸收液中通高溫水蒸氣得到高濃度的CO₂氣體。寫出②中反應的化學方程式__________________________。

（2）如將CO₂與H₂ 以1:3的體積比混合。

①適當條件下合成某烴和水，該烴是       （填序號）。

A．烷烴     B．烯烴     C．炔烴    D．苯的同系物

②適當條件下合成燃料甲醇和水。在體積為2L的密閉容器中，充入 2 mol CO₂和6 mol H₂，一定條件下發生反應：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)  △H=－49.0 kJ/mol。測得CO₂(g)和CH₃OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示。

從反應開始到平衡，v(H₂)=      ；氫氣的轉化率=       ；能使平衡體系中n(CH₃OH)增大的措施有__________________________________________________。

（3）如將CO₂與H₂ 以1:4的體積比混合，在適當的條件下可制得CH₄。已知：

CH₄ (g) +2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)   △H₁=―890.3 kJ/mol

H₂(g) + 1/2O₂(g)=H₂O(l)    △H₂=－285.8 kJ/mol

則CO₂(g)與H₂(g)反應生成CH₄(g)與液態水的熱化學方程式是____________________。

（4）某同學用沉淀法測定含有較高濃度CO₂的空氣中CO₂的含量，經查得一些物質在20℃的數據如下表。

溶解度（S）/g	溶度積（Ksp）
Ca(OH)2	Ba(OH)2	CaCO3	BaCO3
0.16	3.89	2.9×10－9	2.6×10－9

 

（說明：K_sp越小，表示該物質在水溶液中越易沉淀）

吸收CO₂最合適的試劑是          (填“Ca(OH)₂”或“Ba(OH)₂”)溶液，實驗時除需要測定工業廢氣的體積（折算成標準狀況）外，還需要測定                        。

 

Answer 1

【答案】

（16分）

（1）② 2KHCO₃  K₂CO₃+H₂O+CO₂↑  （2分）

（2）① B（2分）

② v(H₂)=0.225 mol/(L·min)    75%    降低溫度（或加壓或增大H₂的量等）（各2分）

（3）CO₂(g) + 4H₂(g)=CH₄ (g) + 2H₂O(l)   △H=—252.9 kJ/mol  （2分）

（4）Ba(OH)₂   BaCO₃的質量  （4分，各2分）

【解析】

試題分析：（1）依題意，飽和碳酸鉀溶液吸收二氧化碳可用于制取碳酸氫鉀，碳酸氫鉀不穩定，受熱易分解，生成碳酸鉀、二氧化碳氣體和水，即反應①②分別是K₂CO₃+H₂O+CO₂=2KHCO₃、2KHCO₃  K₂CO₃+H₂O+CO₂↑；（2）①依題意，設烴分子式為C_xH_y，根據系數之比等于物質的量之比和質量守恒定律，則CO₂+3H₂→C_xH_y+2H₂O，根據碳、氫、氧原子個數守恒，則x=1、y=2，則生成的烴中碳、氫原子個數之比為1∶2，只有烯烴（C_nH_2n）符合題意，故B正確；②讀圖，達到平衡的時間為10min，由于氫氣的起始濃度、平衡濃度未知，不能直接求氫氣表示的平均反應速率，但是圖中二氧化碳的起始濃度、平衡濃度已知，能直接求二氧化碳表示的平均反應速率，二氧化碳的起始濃度、平衡濃度分別為1.00 mol·L^－1、0.25 mol·L^－1，則10min內二氧化碳的平均反應速率===7.5×10^－2mol/(L•min)；由于CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)中各物質表示的平均反應速率之比等于系數之比，則v(H₂)/v(CO₂)=3/1，所以v(H₂)= 3×7.5×10^－2mol/(L•min)= 0.225mol/(L•min)；依題意，可以推斷反應體系各組分的（起始、變化、平衡）濃度，則：

CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)

起始濃度/ mol·L^－1   1.00    3.00        0       0

變化濃度/ mol·L^－1   0.75    2.25       0.75     0.75

平衡濃度/ mol·L^－1   0.25    0.75       0.75     0.75

氫氣的平衡轉化率=×100%=×100%=75%

由于正反應是氣體體積減小的放熱反應，根據化學平衡移動原理，增大二氧化碳或氫氣的濃度、減小水蒸氣的濃度、縮小容器容積增大壓強、降低溫度，都能使平衡右移，增大平衡體系中甲醇的物質的量；（2）先將已知反應編號為①②，②×2—①可得未知的熱化學方程式，根據蓋斯定律可以求得焓變，即：CO₂(g) + 4H₂(g)=CH₄ (g) + 2H₂O(l)   △H=—252.9 kJ/mol；（4）依題意，20℃時氫氧化鈣的溶解度小于氫氧化鋇，則0.16g氫氧化鈣溶于100g水形成飽和氫氧化鈣溶液，由于c=n/V=m/（M•V），稀溶液的體積約等于水的體積，則飽和氫氧化鈣溶液的物質的量濃度約為=0.022mol/L，同理可得，飽和氫氧化鋇溶液的物質的量濃度約為=0.23mol/L，則氫氧化鈣飽和溶液的濃度小于飽和氫氧化鋇溶液，前者吸收二氧化碳的能力小于后者；K_sp(CaCO₃)>K_sp(BaCO₃)，則在溶液中BaCO₃比CaCO₃容易沉淀完全，所以應選擇氫氧化鋇溶液吸收二氧化碳氣體；過量的氫氧化鋇吸收一定體積的工業廢氣時，發生反應為：Ba(OH)₂+CO₂=BaCO₃↓+H₂O，根據各物質的物質的量之比等于系數之比，通過測量BaCO₃沉淀的質量，可以計算出二氧化碳的體積，二氧化碳的體積除以廢氣的總體積，就能計算廢氣中二氧化碳的體積分數。

考點：考查化學反應原理，涉及碳酸氫鹽受熱分解的化學方程式、質量守恒定律、烴的分子通式、反應物和生成物的濃度—時間圖像、平均反應速率的計算、反應物平衡轉化率的計算、外界條件對平衡移動的影響、蓋斯定律、熱化學方程式、溶解度、物質的量濃度、溶度積、物質的量在化學方程式計算中的應用、質量、摩爾質量、氣體摩爾體積、體積、體積分數等。