Question

2．諾貝爾化學獎獲得者喬治•歐拉教授率領團隊首次采用金屬釕作催化劑，從空氣中捕獲CO₂直接轉化為甲醇，為通往未來“甲醇經濟”邁出了重要一步，并依據該原理開發如圖1所示轉化．

（1）CO₂中含有的化學鍵類型是極性共價鍵．
（2）將生成的甲醇（沸點為64.7℃）與水分離可采取的方法是蒸餾．
（3）圖1所示轉化中，由第1步至第4步的反應熱（△H）依次是a kJ/mol、b kJ/mol、c kJ/mol、d kJ/mol，則該轉化總反應的熱化學方程式是CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=（a+b+c+d）kJ/mol．
（4）500℃時，利用金屬釕做催化劑，在固定容積的密閉容器中可直接實現如（3）中轉化得到甲醇．測得該反應體系中X、Y濃度隨時間變化如圖2．
①Y的化學式是，判斷的理由是Y隨反應進行濃度減小，因此Y為反應物，且其相同時間內轉化量與X相同，則其在方程式中的化學計量數應與X相同，因此Y是CO₂．
②下列說法正確的是abc（選填字母）．
a．Y的轉化率是75%
b．其他條件不變時，若在恒壓條件下進行該反應，Y的轉化率高于75%
c．升高溫度使該反應的平衡常數K增大，則可知該反應為吸熱反應
d．金屬釕可大大提高該反應中反應物的轉化率
③從反應開始到平衡，用氫氣表示的平均反應速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）．

Answer 1

分析 （1）CO₂中含有極性共價鍵；
（2）互溶沸點不同的液體混合物用蒸餾的方法分離；
（3）根據蓋斯定律，可知反應熱的大小與起態和始態有關與過程無關；
（4）①由圖可知X的量在增加，Y的量再減少，而且變化量相同，所以Y是反應物，而且計量數與生成物的計量數相同；
②a．Y的轉化率是$\frac{1-0.25}{1}×100%$=75%；
b．因為正反應是氣體體積減少的反應，所以其他條件不變時，若在恒壓條件下進行該反應，相當于增大壓強，Y的轉化率變大；
c．升高溫度使該反應的平衡常數K增大，則可知該反應為吸熱反應；
d．催化劑只改變反應的速率，但平衡不移動；
③速率之比等于對應物質的化學計量數之比，結合v=$\frac{△c}{△t}$進行計算．

解答 解：（1）CO₂中含有極性共價鍵，故答案為：極性共價；
（2）甲醇（沸點為64.7℃）與水的沸點不同，所以用蒸餾的方法分離，故答案為：蒸餾；
（3）根據蓋斯定律，可知反應熱的大小與起態和始態有關與過程無關，所以該轉化總反應的熱化學方程式是CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=（a+b+c+d） kJ/mol，故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=（a+b+c+d） kJ/mol；
（4）①由圖可知X的量在增加，Y的量再減少，而且變化量相同，所以Y是反應物，而且計量數與生成物的計量數相同，所以Y是CO₂，故答案為：CO₂；Y隨反應進行濃度減小，因此Y為反應物，且其相同時間內轉化量與X相同，則其在方程式中的化學計量數應與X相同，因此Y是CO₂；
②a．Y的轉化率是$\frac{1-0.25}{1}×100%$=75%，故正確；
b．因為正反應是氣體體積減少的反應，所以其他條件不變時，若在恒壓條件下進行該反應，相當于增大壓強，Y的轉化率變大，故正確；
c．升高溫度使該反應的平衡常數K增大，則可知該反應為吸熱反應，故正確；
d．催化劑只改變反應的速率，但平衡不移動，故錯誤；
故選：abc；
③v（CO₂）=$\frac{0.75}{10}$=0.075mol/（L•min），而v（H₂）=$\frac{1}{3}$v（CO₂）=0.225 mol/（L•min），故答案為：0.225．

點評 本題為綜合題，涉及化學平衡影響因素分析、化學反應速率的計算、反應熱的計算、熱化學反應方程式的書寫等知識點，注重高考常考考點的考查，題目難度中等．