Question

3． 二氧化碳是常見的溫室氣體，其回收利用是環保領域研究的熱點課題．回答下列問題：
（1）Li₄SiO₄可用于富集CO₂．原理是在500℃，低濃度CO₂與Li₄SiO₄接觸后生成兩種鋰鹽；平衡后加熱至700℃，反應逆向進行，放出高濃度CO₂，Li₄SiO₄再生，700℃時反應的化學方程式為Li₂CO₃+Li₂SiO₃?CO₂+Li₄SiO₄．
（2）C0₂加氫合成低碳烯烴的技術在節能減排等方面具有重要意義．以合成C₂H₄為例，該轉化分為兩步進行：
第一步：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ/mol^-1
第二步：2CO（g）+4H₂（g）?C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H=-210.5kJ/mol^-1
①CO₂加氫合成乙烯的熱化學方程式為2CO₂+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H=-127.9 kJ/mol．
②一定條件下的密閉容器中，總反應達到平衡，要提高CO₂的轉化率，可以采取的措施是bd（填字母）．
A．減小壓強  B．增大H₂濃度  C．加入適當催化劑  D．分離出H₂O（g）
（3）由CO₂和H₂合成CH₃OH的反應如下：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H．在10L的恒密閉容器中投入1molCO₂和2.75molH₂，在不同條件下發生上述反應，測得平衡時甲醇的物質的量隨溫度、壓強的變化如圖所示．
①上述反應的△H＜（填“＞”或“＜”）0．判斷理由是壓強一定時，溫度越高，CH₃OH的物質的量越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，則正反應為放熱反應．
②圖中壓強P₁＞（填“＞”或“＜”）P₂．
③經測定知Q點時容器的壓強是反應前壓強的$\frac{9}{10}$，若反應從開始到平衡所需的時間為5min，則0〜5min內H₂味的反應速率v（H₂）=1.125×10^-2mol/（L•min）．
④N點時，該反應的平衡常數K=1.04（計算結果保留2位小數）．

Answer 1

分析 （1）根據題干信息，反應物為CO₂與Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根據質量守恒進行解答；
（2）①已知：Ⅰ．CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ/mol
Ⅱ．2CO（g）+4H₂（g）?C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H=-210.5kJ/mol
根據蓋斯定律，Ⅰ×2+Ⅱ可得：2CO₂+6H₂（g）=C₂H₄（g）+4H₂O（g）；
②要提高CO₂的轉化率，改變條件應使平衡正向移動，但不能只增大二氧化碳的用量，否則轉化率為降低，結合平衡移動原理分析解答；
（3）①由圖可知，壓強一定時，溫度越高，CH₃OH的物質的量越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動；
②正反應為氣體體積減小的反應，溫度一定時，增大壓強，平衡向正反應方向移動，甲醇的物質的量增大；
③由反應前后壓強的變化以及速率的計算公式可以推出0-5min內的反應速率；
④圖中M點時，容器體積為10L，結合M點的坐標可知，M點的CH₃OH的物質的量為0.25mol，
根據反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol/L） 0.1 0.275 0 0
轉化（mol/L）0.025 0.075 0.025 0.025
平衡（mol/L） 0.075 0.2 0.025 0.025
根據K=$\frac{c（H2O）•c（CH3OH）}{c3（H2）•c（CO2）}$計算，溫度不變平衡常數不變．

解答 解：（1）在500℃，CO₂與Li₄SiO₄接觸后生成Li₂CO₃，反應物為CO₂與Li₄SiO₄，生成物有Li₂CO₃，根據質量守恒可知產物還有Li₂SiO₃，所以700℃時反應的化學方程式為：Li₂CO₃+Li₂SiO₃?CO₂+Li₄SiO₄，故答案為：Li₂CO₃+Li₂SiO₃?CO₂+Li₄SiO₄；
（2）①已知：Ⅰ．CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ/mol
Ⅱ．2CO（g）+4H₂（g）?C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H=-210.5kJ/mol
根據蓋斯定律，Ⅰ×2+Ⅱ可得：2CO₂+6H₂（g）=C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H=-127.9 kJ/mol，
故答案為：2CO₂+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H=-127.9 kJ/mol；
②a．正反應為氣體體積減小的反應，低壓有利于逆向減小，CO₂的轉化率減小，故a錯誤；
b．增大H₂濃度，平衡正向移動，CO₂的轉化率增大，故b正確；
c．加入適當催化劑，可以加快反應速率，但不影響平衡移動，CO₂的轉化率不變，故c錯誤；
d．分離出水，生成物濃度減小，平衡正向移動，CO₂的轉化率增大，故d正確，
故選：bd；
（3）①由圖可知，壓強一定時，溫度越高，CH₃OH的物質的量越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，則正反應為放熱反應，故答案為：放熱；壓強一定時，溫度越高，CH₃OH的物質的量越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，則正反應為放熱反應；
②正反應為氣體體積減小的反應，溫度一定時，增大壓強，平衡向正反應方向移動，甲醇的物質的量增大，故壓強P₁＞P₂，故答案為：＞；
③根據反應     CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol/L） 0.1           0.275             0                0
轉化（mol/L）x                3x                 x                 x 
平衡（mol/L）0.1-x          0.275-3x        x                 x
根據壓強為反應前的$\frac{9}{10}$可以列出表達式$\frac{0.1-x+0.275-3x+x+x}{0.1+0.275}$=$\frac{9}{10}$，可以計算出x=0.01875，
V_（H2）=$\frac{△{C}_{（H2）}}{△t}$=$\frac{3×0.01875mol/l}{5min}$=1.125×10^-2mol/（L•min）故答案為1.125×10^-2mol/（L•min）；
④溫度不變平衡常數不變，圖中M點時，容器體積為10L，結合M點的坐標可知，M點的CH₃OH的物質的量為0.25mol，
根據反應         CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol/L） 0.1            0.275             0                0
轉化（mol/L）0.025          0.075           0.025         0.025
平衡（mol/L） 0.075         0.2              0.025         0.025
K=$\frac{c（H2O）•c（CH3OH）}{c3（H2）•c（CO2）}$=$\frac{0.025×0.025}{0．{2}^{3}×0.075}$=1.04，
故答案為：1.04．

點評 本題考查化學平衡影響因素、平衡常數、蓋斯定律應用等，注意對基礎知識的理解掌握．