Question

【题目】基于新材料及3D打印技术，科学家研制出一种微胶囊吸收剂能将工厂排放的CO2以更加安全、廉价和高效的方式处理掉，球形微胶囊内部充入Na2CO3溶液，其原理如图所示。

（1）这种微胶囊吸收CO2的原理是_____________(用离子方程式解释)，此过程是_______（填“吸收”或“放出”）能量的过程。

（2）在吸收过程中关于胶囊内溶液下列说法正确的是_____________。

a.吸收前溶液中c(Na＋)>c(CO32－)>c(HCO3－)>c(OH－)>c(H＋)

b.吸收过程中，体系中所有的含碳微粒是CO32－、HCO3－、H2CO3

c.当n(CO2)：n(Na2CO3)＝1:3时，溶液中c(CO32－)<c(HCO3－)

d.溶液中始终有c(Na＋)＋c(H＋)＝2c(CO32－)＋c(HCO3－)＋c(OH－)

（3）将吸收的CO2催化加氢可制得乙烯。

已知：2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g)△H＝－127.8 kJ/mol，如图曲线a表示在体积为2 L的恒容容器中，投料为1 mol CO2和3 mol H2时，测得温度对CO2的平衡转化率的影响，改变投料比测量后得到曲线b。

①根据曲线a计算250℃时该反应的化学平衡常数K＝_____________（带入数值列出计算式即可）

②b条件下投料比n(H2)/n(CO2)______3（填“＞”、“＜”或“＝”），判断依据是____________________________

③下列说法正确的是_____________。

a.平衡常数大小：M=M1> N

b.其他条件不变，b条件时增加催化剂用量，则250℃时CO2的平衡转化率可能达到M

c.当压强、混合气体的密度或n(H2)/n(CO2)不变时均可视为化学反应已达到平衡状态

d.工业生产中采取较高温度（250 ℃左右）是为了提高催化剂活性加快反应速率。

Answer 1

【答案】CO2＋H2O＋CO32－＝2HCO3－ 放出 cd 0.125×0.54/(0.252×0.756) ＜ 其它条件不变时，增加H2的浓度，可以提高CO2的转化率 ad

【解析】

(1)根据二氧化碳与碳酸钠溶液反应分析；

(2)根据盐类水解法原理结合物料守恒和电荷守恒关系判断；

(3)结合图像进行分析，可以得到CO2的平衡转化率随温度变化的关系，也可以得到催化效率随温度变化的关系，具体分析即可；

(1) CO2被碳酸钠溶液吸收发生的反应为CO2＋ H2O＋ Na2CO3＝2NaHCO3，离子方程式为CO2＋H2O＋CO32－＝2HCO3－；由图可知解吸过程为吸热过程，则吸收CO2过程为放出热量的过程；

(2) a.吸收前溶液中，由于CO32－水解，溶液呈碱性，离子大小顺序为c(Na＋)>c(CO32－)>c(OH－)>c(HCO3－)> c(H＋)，故a项错误；

b.吸收过程中，体系中所有的含碳微粒是CO32－、HCO3－、H2CO3以及溶解的CO2分子，故b项错误；

c.当n(CO2)：n(Na2CO3)＝1:3时，由反应式CO2＋H2O＋CO32－＝2HCO3－可知，吸收1mol CO2要消耗1molCO32－，同时生成2molHCO3－，剩余2mol CO32－，溶液中生成的HCO3－与未反应的CO32－物质的量相等，但由于CO32－水解程度大于HCO3－，则c(CO32－)<c(HCO3－)，故c项正确；

d.根据电荷守恒，溶液中始终有c(Na＋)＋c(H＋)＝2c(CO32－)＋c(HCO3－)＋c(OH－)，故d项正确；

综上，本题选cd；

(3) ①250℃时，CO2的平衡转化率为50%，则平衡时c(CO2)=0.25mol/L、c(H2)=0.75mol/L 、c(C2H4) =0.125mol/L 、c(H2O)=0.5mol/L，故K=0.125×0.54/(0.252×0.756)；

②由题可知，其它条件不变时，增加H2的浓度，可以提高CO2的转化率，故b条件下投料比n(H2)/n(CO2)<3；

③a.平衡常数只与温度有关，温度不变平衡常数不变，则：M=M1，该反应为放热反应，升高温度K变小，M1> N，故平衡常数大小：M=M1> N，a项正确；

b.加入催化剂，反应速率加快，平衡不移动，故b项错误；

c.恒容容器中，反应物和生成物均为气体，气体质量不变，容器体积不变，故密度恒为定值，不能作为是否达到平衡的判断依据，故c项错误；

d.由图可知，催化剂催化效率随温度升高先增大后降低，温度为250 ℃左右时，催化效率最高，则工业生产中采取较高温度是为了提高催化剂活性加快反应速率，故d项正确；

综上，本题选ad。