Question

大量排放CO₂会加重温室效应，影响地球大气环境．为减少CO₂对环境的影响，世界各国在限制其排放量的同时加强了对CO₂创新利用的研究，如致力于二氧化碳的“组合转化”技术研究，把过多的二氧化碳转化为有益于人类的物质，如甲醇、CH₄、汽油 等．
I．目前，用超临界CO₂（其状态介于气态和液态之间）代替氟利昂作致冷剂已经成为一种趋势，这一做法的积极意义在于

 

．
II．有科学家提出“绿色自由”构想：把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO₂从溶液中提取出来，经过化学反应后使之变为可再生燃料甲醇．“绿色自由”构想技术流程如下：

（1）吸收池中反应的化学方程式为：

 

．
（2）在合成塔中，若有4.4kgCO₂与足量H₂恰好完全反应，可放出4947kJ的热量，试写出合成塔中发生反应的热化学方程式

 

．
（3）控制不同的反应条件，CO₂和H₂反应还可以得到其它有机物．如将CO₂和H₂以1：4的体积比混合，在适当条件下反应，可获得重要能源CH₄：CO₂+4H₂=CH₄+2H₂O；如将CO₂和H₂以1：3的体积比混合，还可生成某种重要的化工原料和水，该化工原料可能是

 

．
A．烷烃        B．烯烃         C．炔烃          D．芳香烃
（4）已知在443～473K时，用钴（Co）作催化剂可使CO₂和H₂生成C₅～C₈的烷烃，这是人工合成汽油的方法之一．要达到汽油的要求，CO₂和H₂体积比的取值范围应是

 

．
Ⅲ．若在一密闭恒容容器中充入CO₂和H₂的物质的量分别为1mol和3mol，发生反应得到CH₃OH（g）和H₂O（g）．测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示：

（1）从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=

 

mol/（L?min）．
（2）下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是

 

．
A．升高温度                    B．充入He（g），使体系压强增大 
C．将H₂O（g）从体系中分离       D．再充入1mol CO₂和3mol H₂．

Answer 1

分析：Ⅰ．根据氟利昂作致冷剂可导致臭氧空洞分析；
Ⅱ．（1）碳酸钾能和二氧化碳反应生成碳酸氢钾；
（2）n（CO₂）=

4400g

44g/mol

=100mol，根据反应的方程式CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）计算反应热；
（3）CO₂和H₂以1：3的体积比混合生成水，结合质量守恒判断产物；
（4）用钴（Co）作催化剂可使CO₂和H₂生成C₅～C₈的烷烃，根据方程式nCO₂+（3n+1）H₂→C_nH_2n+2+2nH₂O计算；
Ⅲ．（1）反应的方程式为CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，根据浓度变化量之比等于化学计量数之比氢气的浓度变化量，根据v=

△c

△t

计算v（H₂）；
（2）使n（CH₃OH）/n（CO₂）应采取措施，使平衡向正反应移动，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量．

解答：解：I．氟利昂作致冷剂可导致臭氧空洞，则用超临界CO₂（其状态介于气态和液态之间）代替氟利昂作致冷剂，可保护臭氧层，
故答案为：保护臭氧层；
Ⅱ．（1）碳酸钾能和二氧化碳反应生成碳酸氢钾，反应的方程式为K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃，故答案为：K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；
（2）n（CO₂）=

4400g

44g/mol

=100mol，放出4947kJ的热量，
则1molCO₂反应可放出49.47kJ的热量，反应的热化学方程式为CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47 kJ?mol^-1
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47 kJ?mol^-1；
（3）由反应物CO₂和H₂混合在一定条件下以1：3（分子数比）比例发生反应，可判断混合气体中C、H原子个数比为1：6；又由于反应后生成水，即有H原子与O原子化合成水分子；而在四个选项中的物质中都不含O元素，可判断1个CO₂分子中的2个O原子应与4个H原子结合成2个水分子，即混合气体中的1个C原子应与2个H原子化合成化工原料；通过以上分析，可得出化工原料中C、H原子个数比应为1：2；而在CH₄中C、H原子个数比为1：4，在C₂H₂中C、H原子个数比为1：1，在C₂H₄中C、H原子个数比为1：2，在C₂H₆中C、H原子个数比为1：3，
故答案为：B；
（4）由nCO₂+（3n+1）H₂→C_nH_2n+2+2nH₂O可知，当生成C₅H₁₂时，n：（3n+1）=5：16，当生成C₈H₁₈时，n：（3n+1）=8：25，
故答案为：

5

16

≤V（CO₂）/V（H₂）≤

8

25

．
Ⅲ．（1）由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，由方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知，氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量为0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L?mon），
故答案为：0.225；
（2）使n（CH₃OH）/n（CO₂）应采取措施，使平衡向正反应移动，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量，
A．该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）减小，故A错误；
B．充入He（g），使体系压强增大，容器的容积不变，反应混合物的浓度不变，平衡不移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）不变，故B错误；
C．将H₂O（g）从体系中分离，平衡向正反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正确；
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效为增大压强，平衡向正反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正确；
故答案为：C、D．

点评：本题考查反应速率计算、化学平衡的计算与影响因素、平衡常数等，难度中等，注意利用化学反应方程式和质量守恒定律来推断物质的化学式，守恒方法是解答本题的常用方法，学生应熟悉元素守恒、原子守恒来解答此类习题．