[题目]对CO2的综合利用可以实现经济社会发展和生态环境保护双赢.对促进低碳社会的构建具有重要意义.回答下列问题:(1)已知:①C的燃烧热为393.5kJ·mol-1②H2的燃烧热为286kJmol-1③H2O(g)=H2O(l) △H=-44.0kJmol-1则CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)△H= kJmol-1.(2)CO2合成甲醇是碳� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

【题目】对CO2的综合利用可以实现经济社会发展和生态环境保护双赢，对促进低碳社会的构建具有重要意义。回答下列问题：

（1）已知：①C的燃烧热为393.5kJ·mol-1

②H2的燃烧热为286kJmol-1

③H2O(g)=H2O(l) △H=－44.0kJmol-1

则CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)△H=___kJmol－1。

（2）CO2合成甲醇是碳减排的一种重要方法，向1L恒容密闭容器中加入1molCO2、amolH2，在适当的催化剂作用下，发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=－48.7kJmol-1。平衡时混合气体中CH3OH的体积分数与氢气的物质的量关系如图1所示。

①有利于该反应自发进行的条件是___（填“低温高压”“高温低压”或“低温低压”）。

②图1中 A、B、C三点对应的体系，CO2的平衡转化率最大的是___（填字母），判断依据是___。

（3）利用 CO2催化加氢制乙烯，反应为 2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H。

在1L恒容密闭容器中，均加入1molCO2、3molH2，分别选用两种催化剂，反应进行相同时间后，测得CO2转化率[α(CO2)]随反应温度的变化如图2所示。

①使用催化剂Ⅰ时反应的活化能___（填“高于”或“低于”）使用催化剂Ⅱ。

②c、d两点的平衡常数大小关系为：Kc___Kd（填“＜”“＞”或“＝”），判断依据是___。

（4）常温下，可利用碱性溶液吸收CO2。用100mL0.3mol·L-1Na2CO3溶液完全吸收0.88gCO2气体（忽略溶液体积变化）。所得溶液中：c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3)=___molL-1。

【答案】-90.5 低温高压 C 在恒容密闭容器中，CO2的浓度不变，增大H2的浓度，平衡正向移动，CO2的转化率增大低于＞平衡后，随着温度升高，CO2的转化率降低，正反应放热，K随温度升高而减小 0.5

【解析】

(1)C(s)、H2(g)的燃烧热分别是393.5kJmol-1 、285.8kJmol-1 ，则：①C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.5kJmol-1，②H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJmol-1，③H2O(l)═H2O(g)△H2=+44.0kJmol-1，根据盖斯定律，②×2-①+③×2可得CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)，由此计算△H；

(2)①自发进行的判断依据是△H-T△S＜0，该反应△H＜0、△S＜0；

②氢气的物质的量越多，二氧化碳的转化率越大；

(3)利用 CO2催化加氢制乙烯，反应为 2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H。

在1L恒容密闭容器中，均加入1molCO2、3molH2，分别选用两种催化剂，反应进行相同时间后，测得CO2转化率[α(CO2)]随反应温度的变化如图2所示。

①使用催化剂Ⅰ时反应速率比使用使用催化剂Ⅱ快；

②根据温度对平衡的移动判断平衡常数的变化；

(4)根据碳元素的物料守恒分析可得。

(1)C(s)、H2(g)的燃烧热分别是393.5kJmol-1 、286kJmol-1 ，则：①C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.5kJmol-1，②H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJmol-1，③H2O(l)═H2O(g)△H2=+44.0kJmol-1，根据盖斯定律，②×2-①+③×2可得CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)，由此计算△H=(-286kJmol-1)×2-(-393.5kJmol-1)+(+44.0kJmol-1)×2=-90.5kJmol－1。

(2)①自发进行的判断依据是△H-T△S＜0，该反应△H＜0、△S＜0，要使该反应自发进行，应该是低温自发；

②氢气的物质的量越多，平衡正向移动，二氧化碳的转化率越大，所以二氧化碳转化率最大的是C点，故答案为C；

(3)利用 CO2催化加氢制乙烯，反应为 2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H。

在1L恒容密闭容器中，均加入1molCO2、3molH2，分别选用两种催化剂，反应进行相同时间后，测得CO2转化率[α(CO2)]随反应温度的变化如图2所示。

①由图示知，使用催化剂Ⅰ时反应速率比使用使用催化剂Ⅱ快，则使用催化剂Ⅰ时反应的活化能低于使用催化剂Ⅱ；

②由图示可知平衡后，随着温度升高，CO2的转化率降低，正反应放热，K随温度升高而减小，则c、d两点的平衡常数大小关系为：Kc＞Kd；

(4)0.88gCO2的物质的量为=0.02mol，用100mL0.3mol∕LNa2CO3溶液吸收0.02mol的CO2气体，所得溶液中的碳元素的物质的量为：0.1L×0.3mol/L+0.02mol=0.05mol，则碳元素的浓度为0.5mol/L，根据碳元素的物料守恒，则所得溶液中：c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3)=0.5mol/L。

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【解析】

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③28g铁的物质的量为0.5mol，与含1.6mol硝酸的稀硝酸恰好完全反应，设生成的Fe3＋和Fe2＋的物质的量分别是xmol、ymol，即生成xmol硝酸铁和ymol硝酸亚铁，根据N原子守恒知，生成NO的物质的量为(1.6－3x－2y)mol，根据得失电子守恒有3x＋2y＝3(1.6－3x－2y)，又有x＋y＝0.5，解得x＝0.2，y＝0.3，则生成的Fe3＋和Fe2＋的物质的量之比为2∶3；上述反应结束后，向反应后的溶液中加足量氢氧化钠溶液，滤出沉淀洗涤后，在空气中灼烧至质量不变，由于生成的氢氧化亚铁在空气中易被氧化为氢氧化铁，氢氧化铁受热分解最终得到的固体是氧化铁，故其物质的量为0.5mol×＝0.25mol，质量为40g；

(2)①根据得失电子守恒、原子守恒及电荷守恒，可知离子方程式为10Al＋6NO3-＋4OH－＋18H2O=10[Al(OH)4]－＋3N2↑；

②上述反应中，还原剂是Al，还原产物是N2，其物质的量之比为10∶3；由方程式可知，生成3molN2时转移电子30mol，所以反应中转移电子0.3mol，生成N2的体积(标准状况下)为×22.4L·mol－1＝0.672L＝672mL。

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金属与硝酸反应的计算一般常采用以下方法：①原子守恒法：HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO的形式存在于溶液中；一部分作为氧化剂转化为还原产物，这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量；②得失电子守恒法：HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得到电子的物质的量等于金属失电子的物质的量；③电荷守恒法：HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH－)有：c(NO3－)＝c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金属离子)；④离子方程式计算法：金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于溶液中NO3－在H2SO4提供H+的条件下能继续与金属反应，因此此类题目应用离子方程式来计算，先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H+或NO3－进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。