Question

（2012?开封二模）由于温室效应和资源短缺等问题，如何降低大气中的CO₂含量并加以开发利用，引起了各国的普遍重视．
（1）目前，用超临界CO₂（其状态介于气态和液态之间）代替氟利昂作冷剂已成为一种趋势，这一做法对环境的积极意义在于

保护臭氧层

．
（2）将CO₂转化成有机物可有效实现碳循环．CO₂转化成有机物的例子很多，如：
a.6CO₂+6H₂O

光合

作用

C₆H₁₂O₆+6O₂      b．CO₂+3H₂

催化剂

△

CH₃OH+H₂O
c．CO₂+CH₄

催化剂

△

CH₃COOH          d.2CO₂+6H₂

催化剂

△

CH₂=CH₂+4H₂O
以上反应中，最节能的是

a

，原子利用率最高的是

c

．
（3）若有4.4kg CO₂与足量H₂恰好完全反应，生成气态的水和甲醇，可放出4947kJ的热量，试写出该反应的热化学方程式

CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ/mol

．
（4）为探究用CO₂来生产燃料甲醇的反应原理，现进行如下实验：在一恒温恒容密闭容器，充入1mol CO₂和3molH₂，进行反应．测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．从反应开始到平衡v（H₂）=

0.225 mol?L^-1?min^-1

；CO₂的转化率=

75%

；该温度下的平衡常数数值=

5.33

．能使平衡体系中n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的措施有

将H₂O（g）从体系中分离

 （任写一条）．
（5）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其K_sp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为4×10^-4mol/L，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为

2.8×10^-5mol/L

．

Answer 1

分析：（1）根据氟利昂能产生氯原子，而氯原子是臭氧分解的催化剂；
（2）不需要加热则最节能，原子利用率最高的是把所有的反应物全部转化为产物；
（3）根据4.4 kg CO₂与足量H₂恰好完全反应，可放出4 947 kJ的热量，则1 mol CO₂与氢气合成甲醇放出热量49.47 kJ的热量．书写热化学反应方程式时还应注意物质状态、反应热的正负号以及单位；
（4）根据v=

△c

△t

计算；根据CO₂的平衡浓度判断转化的物质的量，进而可计算转化率；根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积计算；根据平衡移动分析；
（5）Na₂CO₃溶液的浓度为4×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=2×10^-4mol/L，根据K_sp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）计算沉淀时混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍．

解答：解：（1）氟利昂在空气中能产生氯原子，而氯原子是臭氧分解的催化剂，CO₂作致冷剂可防止臭氧层破坏，
故答案为：保护臭氧层；
（2）不需要加热则最节能，a反应中利用太阳能，不需加热最节能，原子利用率最高的是把所有的反应物全部转化为产物，c反应中只有一种产物，原子利用率最高，
故答案为：a；c；
（3）根据4.4 kg CO₂与足量H₂恰好完全反应，可放出4 947 kJ的热量，则1 mol CO₂与氢气合成甲醇放出热量49.47 kJ的热量，所以热化学方程式为CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ/mol，
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ/mol；
（4）利用三段式解题法计算    
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
开始（mol/L）：1         3              0          0
变化（mol/L）：0.75      2.25          0.75       0.75 
平衡（mol/L）：0.25      0.75          0.75       0.75
从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225 mol?L^-1?min^-1，
CO₂的转化率=

0.75

1

=75%，
平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，则k=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

=

0.75×0.75

0.25×0.753

=5.33，
要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，应使平衡向正反应方向移动，可以将H₂O（g）从体系中分离；
故答案为：0.225 mol?L^-1?min^-1；75%；5.33；将H₂O（g）从体系中分离；
（5）等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合时，碳酸钠溶液的浓度变为2×10^-4mol/L，根据溶度积常数计算，c（Ca²⁺）=

Ksp(CaCO3)

c(CO32-)

=

2.8×10-9

2×10-4

=1.4×10^-5mol/L，因为是等体积混合，所以混合前溶液的浓度是混合后的2倍，所以混合前溶液的浓度为1.4×10^-5mol/L×2=2.8×10^-5mol/L，
故答案为：2.8×10^-5mol/L．

点评：本题考查较为综合，涉及化学平衡计算以及平衡移动等问题，题目难度较大，注意根据图象计算各物质的平衡浓度为解答该题的关键．