Question

【題目】CO2是一種廉價的碳資源，其綜合利用具有重要意義�；卮鹣铝袉栴}：

I.CO2可以被NaOH溶液捕獲，若所得溶液c(HCO3-)∶c(CO32-)=2∶1，溶液pH=_____。（室溫下，H2CO3的K1=4×10-7；K2=5×10-11）

II.CO2與CH4經催化重整，制得合成氣：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)

(1)已知上述反應中相關的化學鍵鍵能數據：

化學鍵	C-H	C=O	H-H
鍵能/kJ/mol	413	745	436	1075

則該反應的ΔH=___________。分別在V L恒溫密閉容器A(恒容)、B(恒壓，容積可變)中，加入CH4和CO2各1 mol的混合氣體。兩容器中反應達平衡后放出或吸收的熱量較多的是___________（填“A”或“B”）。

(2)按一定體積比加入CH4和CO2，在恒壓下發生反應，溫度對CO和H2產率的影響如圖1所示。此反應優選溫度為900℃的原因是____________。

(3)在T1溫度時，將CH4和CO2各1.0 mol充入2 L密閉恒容容器中，充分反應達到平衡后，若CH4轉化率為40%，則

①容器內的壓強與起始壓強之比為___________；

②此溫度下，若該容器中含有CH4、CO2、H2、CO各1.0 mol，則此時反應所處的狀態為___________（填“向正反應方向進行中”“向逆反應方向進行中”或“平衡狀態”）

③欲使甲烷的平衡轉化率提高，應采取的措施是___________(填標號)。

A.升高溫度 B.降低溫度 C.增大壓強 D.減小壓強

Answer 1

【答案】10 +120 kJ/mol B 900℃時，合成氣產率已經較高，再升高溫度產率增幅不大，但能耗升高，經濟效益降低 1.4 向正反應方向進行中 A

【解析】

(I)對于Na2CO3溶液，根據其水解常數Kh與電離平衡常數的關系計算；

(II)(1)反應熱等于反應物總化學鍵鍵能和與生成物總鍵能和的差；該反應的正反應是氣體體積增大的反應吸熱反應，利用壓強對平衡移動的影響分析平衡移動，判斷反應過程的能量變化；

(2)CH4和CO2在恒壓下發生反應。根據溫度與物質平衡轉化率和合成成本分析判斷；
(3)①根據物質反應轉化關系計算平衡時氣體的總物質的量，利用容器容積不變時，氣體物質的量的比等于壓強比計算；

②先計算T1溫度下的平衡常數K，然后計算該時刻的Qc，并與K比較，判斷反應進行的方向；

③根據平衡移動原理分析判斷。

(1)對于Na2CO3溶液，根據其水解常數Kh===2×10-4 mol/L，由于c(HCO3-)∶c(CO32-)=2∶1，所以由=可得2c(OH-)=2×10-4 mol/L，則c(OH-)=1×10-4 mol/L，c(H+)= mol/L=10-10 mol/L，所以pH=10；

(II)(1)該反應的反應熱△H=(4×413+2×745)kJ/mol-(2×1075+2×436) kJ/mol=+120 kJ/mol；

可見該反應的正反應為氣體體積增大的吸熱反應，A是恒溫恒容體積下進行的反應，B是恒溫恒壓，容器可變，在容器B中，隨著反應的進行，容器的容積擴大，相當于容器A來說，相當于減小壓強，化學平衡正向移動，所以容器B吸收的熱量比容器A多；

(2)反應在恒壓下進行，根據圖示可知：優選溫度為900℃是由于900℃時合成氣中產品的產率已經較高，再升高溫度產率增幅不大，但能耗升高，經濟效益降低，所以合適溫度為900℃；

(3)①在T1溫度時，將CH4和CO2各1.0 mol充入2 L密閉恒容容器中，發生反應CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)，由于平衡時CH4轉化率為40%，則平衡時產生CO、H2的物質的量都是2×0.4 mol=0.8 mol，平衡時n(CH4)=n(CO2)=(1.0-0.4) mol=0.6 mol，平衡時氣體的總物質的量為0.6 mol+0.6 mol+0.8 mol+0.8 mol=2.8 mol，反應開始時氣體的物質的量為1.0 mol+1.0 mol=2.0 mol，所以根據壓強之比等于物質的量之比，則容器內的壓強與起始壓強之比為2.8 mol：2.0 mol=1.4；

②根據①計算可知：化學平衡常數是可逆反應達到平衡狀態時，各種生成物濃度冪之積與各種反應物濃度冪之積的比，在此溫度下的化學平衡常數K===0.284，在此溫度下的Qc==0.25<K，故反應向正反應方向進行；

③CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的正反應是氣體體積增大的吸熱反應。

A.升高溫度，化學平衡向吸熱的正反應方向移動，CH4的轉化率提高，A符合題意；

B.降低溫度，化學平衡向放熱的逆反應方向移動，CH4的轉化率降低，B不符合題意；

C.增大壓強，化學平衡向氣體體積減小的逆反應方向移動，CH4的轉化率降低，C不符合題意；

D.減小壓強，化學平衡向氣體體積增大的正反應方向移動，CH4的轉化率提高，但減小壓強導致化學反應速率減小，使生產效率降低，D不符合題意；

故合理選項是A。