题目内容
【题目】CO2既是温室气体,也是重要的化工原料,二氧化碳的捕捉和利用是我国能源领域的一个重要战略方向。
(1)用活性炭还原法可以处理汽车尾气中的氮氧化物,某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO,发生反应C(s)+ 2NO(g)N2(g)+CO2(g) △H,在T1℃时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:
浓度/(mol/L)/时间/min | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 |
NO | 2.0 | 1.16 | 0.40 | 0.40 | 0.6 |
N2 | 0 | 0.42 | 0.80 | 0.80 | 1.2 |
CO2 | 0 | 0.42 | 080 | 0.80 | 1.2 |
①根据图表数据分析T1℃时,该反应在0~10min内的平均反应速率v(N2)=___mol·L-1·min-1;计算该反应的平衡常数K=__。
②若30min后只改变某一条件,据上表中的数据判断改变的条件可能是__(填字母编号)。
A.加入合适的催化剂 B.适当缩小容器的体积
C.通入一定量的NO D.加入一定量的活性炭
③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为2:3:3,则达到新平衡时NO的转化率___(填“升高”或“降低”),△H__0(填“>”或“<”)。
(2)工业上用CO2和H2反应合成二甲醚。已知:
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.1kJ·mol-1
2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H
写出CO2(g)和H2(g)转化为CH3OCH3(g)和H2O(g)的热化学方程式___。
(3)常温下,用NaOH溶液作CO2捕捉剂不仅可以降低碳排放,而且可得到重要的化工产品Na2CO3。
①若某次捕捉后得到pH=10的溶液,则溶液中c(CO32-):c(HCO3-)=__。[常温下K1(H2CO3)=4.4×10-7、K2(H2CO3)=5×10-11]。
② 欲用5L Na2CO3溶液将23.3 g BaSO4固体全都转化为BaCO3,则所用的Na2CO3溶液的物质的量浓度至少为_________。[已知:常温下Ksp(BaSO4)=1×10-7、Ksp(BaCO3)=2.5×10-6]。(忽略溶液体积积的变化)
【答案】0.042 4.0 BC 降低 < 2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H=-122.7kJ·mol-1 1:2 0.52mol/L
【解析】
(1)①根据化学反应速率公式v=和平衡常数公式K=计算;
②根据影响平衡移动的因素判断;
③30min时NO、N2、CO2的浓度之比为0.40:0.80:0.80=1:2:2,升高温度NO、N2、CO2的浓度之比为2:3:3,即升高温度平衡向逆反应方向移动,则达到新平衡时NO的转化率降低,逆反应为吸热反应,ΔH<0;
(2)将反应编号,
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49.1 kJ·mol-1(①式)
2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH2=-24.5 kJ·mol-1(②式)
应用盖斯定律,①式×2+②可得答案;
(3)①若某次捕捉后得到pH=10的溶液,则溶液中氢离子浓度是10-10mol/L,根据碳酸的第二步电离平衡常数可知溶液中c(CO32-):c(HCO3-)==1:2;
②硫酸钡的物质的量是23.3g÷233g/mol=0.1mol,消耗碳酸钠是0.1mol。根据方程式BaSO4+CO32-=BaCO3+SO42-可以解答。
(1)①在0~10min内的平均反应速率υ(N2)=(0.42mol/L-0mol/L)÷10min=0.042mol/(L·min)。20min~30min各物质的物质的量浓度不变,说明反应已经达到平衡,即平衡时NO、N2、CO2物质的量浓度依次为0.40mol/L、0.80mol/L、0.80mol/L,该反应的平衡常数K===4.0;
②30min后改变一个条件,40min时NO、N2、CO2的浓度都变为30min时的1.5倍。A项,加入合适的催化剂,平衡不移动,各物质物质的量浓度不变,不可能;B项,适当缩小容器的体积,平衡不移动,但各物质物质的量浓度成比例增大,可能;C项,通入一定量的NO,由于C是固体,相当于增大压强,平衡不移动,但各物质物质的量浓度成比例增大,可能;D项,加入一定量的活性炭,由于C是固体,平衡不移动,各物质物质的量浓度不变,不可能;答案选BC;
③30min时NO、N2、CO2的浓度之比为0.40:0.80:0.80=1:2:2,升高温度NO、N2、CO2的浓度之比为2:3:3,即升高温度平衡向逆反应方向移动,则达到新平衡时NO的转化率降低,逆反应为吸热反应,ΔH<0;
(2)将反应编号,
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g
2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH2=-24.5 kJ·mol-1(②式)
应用盖斯定律,①式×2+②式得2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH=2ΔH1+ΔH2=2×(-49.1kJ/mol)+(-24.5kJ/mol)=-122.7kJ/mol,反应的热化学方程式为2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH=-122.7kJ/mol;
(3)①若某次捕捉后得到pH=10的溶液,则溶液中氢离子浓度是10-10mol/L,根据碳酸的第二步电离平衡常数可知溶液中c(CO32-):c(HCO3-)==1:2;
②硫酸钡的物质的量是23.3g÷233g/mol=0.1mol,消耗碳酸钠是0.1mol。根据方程式BaSO4+CO32-=BaCO3+SO42-可知反应后溶液中硫酸根的浓度是0.1mol÷5L=0.02mol/L,则碳酸根的浓度是,所以所用的Na2CO3溶液的物质的量浓度至少为0.5mol/L+=0.52mol/L。