Question

【题目】研究表明：丰富的 CO2 可以作为新碳源，解决当前应用最广泛的碳源（石油和天然气）枯竭危机，同时又可缓解由 CO2累积所产生的温室效应，实现 CO2的良性循环。

(1)目前工业上有一种方法是用CO2加氢合成低碳烯烃。现以合成乙烯(C2H4)为例、该过程分两步进行:

第一步：CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H=+41.3kJ/mol

第二步：2CO（g）+4H2（g）C2H4（g）+2H2O（g）△H=-210.5kJ/mol

①CO2加氢合成乙烯的热化学方程式为___。

②一定条件下的密闭容器中，上述反应达到平衡后，要加快反应速率并提高 CO2 的转化率，可以采取的措施是___(填字母)。

A.减小压强 B.增大 H2浓度 C.加入合适的催化剂 D.分离出水蒸气

(2)另一种方法是将 CO2 和 H2 在 230℃催化剂条件下生成甲醇蒸气和水蒸气，在不同条件下测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如图所示。若在 10L 恒容密闭容器中投入1molCO2 和 2.75molH2，发生反应: CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）。

①能判断该反应达到化学平衡状态的是___(填字母)。

A.c(H2):c(CH3OH)=3:1

B.容器内氢气的体积分数不再改变

C.容器内气体的密度不再改变

D.容器内压强不再改变

②上述反应的△H___0(填“>”或“<”)，图中压强 p1 ___p2(填“>”或“<”)。

③经测定知 Q 点时容器的压强是反应前压强的 9/10，则 Q 点 CO2的转化率为___。

④M 点时，该反应的平衡常数 K=___ (计算结果保留两位小数)。

(3)用生石灰吸收 CO2 可生成难溶电解质 CaCO3，其溶度积常数 Ksp=2.8×10-9。现有一物质的量浓度为2×10-4mol/L 纯碱溶液，将其与等体积的 CaCl2溶液混合，则生成沉淀所需 CaCl2溶液的最小浓度为___mol/L。

Answer 1

【答案】2CO2（g）+6H2（g）C2H4（g）+4H2O（g）△H=-127.9kJ/mol B BD < > 18.75% 1.04 5.6×10-5

【解析】

(1) ①根据盖斯定律计算；

②要加快反应速率并提高 CO2 的转化率，可以增大反应物H2的浓度，使平衡右移；

(2)①根据达到平衡状态时正反应速率等于逆反应速率，混合物中各组分百分含量保持不变以及相关量不变分析判断；

②由图可以知道，压强一定时，温度越高，CH3OH的物质的量越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应；
正反应为气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇的物质的量增大；

③列出三段式，根据压强是反应前压强的 9/10，列方程计算；

④温度不变平衡常数不变，图中M 点时，容器体积为10L，结合M点的坐标可以知道，M点的CH3OH的物质的量为0.25mol，根据反应，列出三段式，再根据 K=计算；

(3)因QcKsp时,形成沉淀，计算c(Ca2+)。

(1) 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

根据盖斯定律，I2+II可得：2CO2（g）+6H2（g） C2H4（g）+4H2O（g）△H=-127.9kJ/mol，

因此，本题正确答案是：2CO2（g）+6H2（g） C2H4（g）+4H2O（g）△H=-127.9kJ/mol；

②A.正反应为气体体积减小的反应，低压有利于逆向进行，CO2的转化率减小，故A错误；

B.增大 H2浓度，平衡正向移动，CO2的转化率增大，故B正确；

C.加入合适的催化剂，可以加快反应速率，但不影响平衡移动，CO2的转化率不变，故C错误；

D.分离出水蒸气，生成物浓度减小，平衡正向移动，CO2的转化率增大，但反应速率减小，故D错误。

因此，本题正确答案是：B；

(2)①A.c(H2):c(CH3OH)=3:1不能说明反应到平衡；

B.容器内氢气的体积分数不再改变，说明混合物中各组分百分含量不变，达到平衡；

C. 气体的总质量随着反应不变，所以容器内气体的密度一直不变，密度不变不能说明反应到平衡；

D. 由于气体总物质的量改变，容器内压强改变，所以压强不变说明已达平衡。

故选BD；

②由图可以知道，压强一定时，温度越高，CH3OH的物质的量越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应；
正反应为气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇的物质的量增大，故压强p1 >p2。

因此，本题正确答案是：＜；＞。

③根据反应 CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

起始（mol/L）0.1 0.275 0 0

转化（mol/L） x 3x x x

平衡（mol/L）0.1-x 0.275-3x x x

根据压强是反应前压强的 9/10，可以列出表达式=，可以计算出x=0.01875，

即 CO2的转化率=100%=18.75%，

因此，本题正确答案是：18.75%；

④温度不变平衡常数不变，图中M 点时，容器体积为10L，结合M点的坐标可以知道，M点的CH3OH的物质的量为0.25mol，

根据反应 CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

起始（mol/L）0.1 0.275 0 0

转化（mol/L）0.025 0.075 0.025 0.025

平衡（mol/L）0.075 0.2 0.025 0.025

K===1.04，

因此，本题正确答案是：1.04；

(3)因QcKsp时,形成沉淀，c(Ca2+)mol/L=2.810-5mol/L，等体积混合前CaCl2溶液的物质的量浓度最小为5.6×10-5mol/L。

因此，本题正确答案是：5.6×10-5。