题目内容
【题目】CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。CO2 可以被NaOH溶液捕获，其基本过程如下图所示（部分条件及物质未标出）。
（1）下列有关该方法的叙述中正确的是______。
a．能耗大是该方法的一大缺点
b．整个过程中，只有一种物质可以循环利用
c．“反应分离”环节中，分离物质的基本操作是蒸发结晶、过滤
d．该方法可减少碳排放，捕捉到的 CO2还可用来制备各种化工产品
（2）若所得溶液 pH=13，CO2 主要转化为______（写离子符号）。已知 CS2与 CO2分子结构相似， CS2的电子式是______，CS2熔点高于 CO2，其原因是______。
（3）CO2 与 CH4 经催化重整，制得合成气：CH4（g）+CO2（g）→2CO（g）+2H2（g）-120kJ，补全下图中 CO2 与 CH4 催化重整反应的能量变化示意图（即，注明生成物能量的大致位置及反应热效应数值）_______________
（4）常温下，在 2L 密闭容器中，下列能说明该反应达到平衡状态的是______。
a．每消耗 16gCH4 的同时生成 4gH2
b．容器中气体的压强不再改变
c．混和气体的平均相对分子质量不发生改变
d.容器中气体的密度不再改变
反应进行到 10 min 时，CO2 的质量减少了 8.8 g，则 0～10 min 内一氧化碳的反应速率是______。
（5）按一定体积比加入 CH4 和 CO2，在恒压下发生反应，温度对 CO 和 H2 产率的影响如图所示。此反应优选温度为 900℃的原因是______。
【答案】ad 
CS2与CO2都为分子晶体，CS2的相对分子质量大，CS2分子间作用力较大，所以CS2熔点高于CO2 
bc 0.02mol/(Lmin) 900℃时合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，且升高温度耗能较大，经济效益降低，温度低时合成气产率降低且反应速率降低
【解析】
（1）流程为：用烧碱来吸二氧化碳发生在捕捉室，生成碳酸钠与氧化钙作用发生在分离室，同时又生成烧碱，碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳发生在高温炉，有两种物质CaO、NaOH循环，“反应分离”环节中，应该是先过滤，据此分析解答；
（2）强碱溶液中CO2转化为Na2CO3；CO2是直线型分子，含有两个C=O双键，CS2与CO2分子结构相似，所以CS2也是直线型分子，含有两个C=S双键，据此写出电子式；CS2与CO2分子结构相似，都是分子晶体，结合分子间作用力分析CS2熔点高于CO2；
（3）CO2与CH4经催化重整反应为CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g)-120kJ，即1molCH4(g)+1molCO2(g)总能量比2molCO(g)+2molH2(g)总能量小120kJ，或2molCO(g)+2molH2(g)总能量比1molCH4(g)+1molCO2(g)总能量高120kJ，据此作图；
（4）反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态，据此分析判断；
根据v=
计算v(CO2)，再根据CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)中CO、CO2的计量关系计算v(CO)；
（5）结合图象中温度对CO和H2产率的影响及CO和H2产率相对较高时的反应条件分析解答。
（1）a、由于高温反应炉中高温分解碳酸钙，需要的耗能高，此为该工艺流程的一大缺点，故a正确；
b、由流程可知，“反应分离”的氢氧化钠用于“捕捉室”反应，“高温反应炉”生成的CaO用于“反应分离”中生成碳酸钙和氢氧化钠，所以有CaO与NaOH循环使用，故b错误；
c、“反应分离”环节中，分离的物质为碳酸钙沉淀和氢氧化钠溶液，可用过滤法分离，故c错误；
d、该分离过程涉及分离、提纯并利用CO2，可以减少碳的排放，捕捉到的CO2还可用来制备其他化工产品，故d正确；
故答案为：ad；
（2）pH=13的强碱溶液中CO2转化为Na2CO3，阴离子为；CO2是直线型分子，含有两个C=O双键，CS2与CO2分子结构相似，所以CS2也是直线型分子，含有两个C=S双键，写出的电子式为
；CS2与CO2分子结构相似，都是分子晶体，结合分子间作用力分析CS2熔点高于CO2；CS2与CO2都为分子晶体，由于CS2的相对分子质量大，CS2分子间作用力较大，所以CS2熔点高于CO2，
故答案为：；
；CS2与
（3）由CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)-120kJ可知，即1molCH4(g)+1molCO2(g)总能量比2molCO(g)+2molH2(g)总能量小120kJ，或2molCO(g)+2molH2(g)总能量比1molCH4(g)+1molCO2(g)总能量高120kJ，能量变化如图，
故答案为：；
（4）a、每消耗16g即1molCH4的同时生成4g即2molH2，由于反应方向均为正向，所以不能据此判断反应达到平衡状态，故a不符合题意；
b、该反应是气体体积变化的反应，反应发生变化时气体总物质的量相应变化，容器中气体的压强随之而变，所以容器中气体的压强不再改变的状态是平衡状态，故b符合题意；
c、恒容体系中各物质均为气体，气体的总质量不变，但该反应是气体总物质的量变化的反应，由
可知，混和气体的平均相对分子质量不变，即混合气体总物质的量不变，反应达到平衡状态，故c符合题意；
d、恒容体系中各物质均为气体，即气体的总质量不变，所以容器中气体的密度始终不变，故容器中气体的密度不再改变的状态不一定是平衡状态，故d不符合题意；
0～10min内
(CO2)=
=0.2mol，所以v(CO2)=
=
=0.01mol/(Lmin)，根据CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)可知v(CO)=2v(CO2)=0.02mol/(Lmin)，
故答案为：bc；0.02mol/(Lmin)；
（5）根据图象可知，900℃时合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，且升高温度耗能较大，经济效益降低，温度低时合成气产率降低且反应速率降低，
故答案为：900℃时合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，且升高温度耗能较大，经济效益降低，温度低时合成气产率降低且反应速率降低。
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