Question

低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，低碳循环正成为科学家研究的主要课题．
最近有科学家提出构想：把空气吹入饱和碳酸钾溶液，然后再把CO₂从溶液中提取出来，经化学反应后使之变为可再生燃料甲醇．该构想技术流程如图：

（1）向分解池中通入高温水蒸气的作用是

 

．
（2）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1
则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为

 

．
（3）已知K_sp（CaCO₃）=2.8×10^-9mol²?L^-2．现将CaCl₂溶液与0.02mol?L^-1 NaCO₃溶液等体积混合，生成CaCO₃沉淀时，所需CaCl₂溶液的最小物质的量浓度为

 

 （4）CO（g）和H₂O（g）在一定条件下反应可得到清洁燃料H₂，将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中发生反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），不同温度下得到三组数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所需要的时间/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①实验1前6min的反应速率v（CO₂）=

 

（保留小数点后两位，下同）．
②实验2条件下平衡常数K=

 

．
③该反应的△H

 

0（填“＜”或“＞”）．
④实验3中，若平衡时的转化率α（CO）＞α（H₂O），则

a

b

的取值范围是

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,热化学方程式,等效平衡

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）分析流程分解池中是碳酸氢钾分解需要一定温度分析；
（2）根据热化学方程式利用盖斯定律计算反应热并书写热化学方程式；
（3）Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-4mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=1×10^-4mol/L，根据Ksp=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；
（4）①根据v=

△c

△t

计算反应速率；
②根据平衡常数表达式计算出实验2的平衡常数；
③根据温度变化，平衡时的生成物的物质的量的多少判断平衡移动的方向，判断反应热的符号；
④由于CO与H₂O的化学计量数相等都为1，所以当两者物质的量相等时二者转化率相等，要使CO转化率大于H₂O的转化率，则增大H₂O的物质的量．

解答： 解：（1）向分解池中通入高温水蒸气的作用是提供高温环境使KHCO₃分解；
故答案为：提供高温环境使KHCO₃分解；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1
根据盖斯定律，将已知反应

1

2

×（①-②+③×4）得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），所以该反应的△H=

1

2

×[（-1275.6kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4]=-442.8kJ?mol^-1，即CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1；
（3）Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^-2mol/L，等体积混合后溶液中c（CO₃^2-）=

1

2

×2×10^-2mol/L=1×10^-2mol/L，根据K_sp（CaCO₃）=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）=2.8×10^-9可知，c（Ca²⁺）=

2.8×10-9

1×10-2

mol/L=2.8×10^-7mol/L，原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍，故原溶液CaCl₂溶液的最小浓度为2×2.8×10^-7mol/L=5.6×10^-7mol/L．
故答案为：5.6×10^-7mol?L^-1 ；
（4）①v（CO₂）=v（CO）=

4mol-2.4mol 2L

6min

=0.13 mol/（L．min），故答案为：0.13 mol/（L．min）；
②实验2中达到平衡时，c（CO₂）=c（H₂）=

0.4mol

2L

=0.2mol/L，c（CO）=

1.6mol

2L

=0.8mol/L，c（H₂O）=

1mol-0.4mol

2L

=0.3mol/L，
K=

0.2×0.2

0.8×0.3

≈0.17，
故答案为：0.17；
③根据CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）可知压强对平衡移动无影响，如果在650℃，H₂O、CO的物质的量改为1mol、2mol，达到平衡时CO的物质的量应为1.2mol，而900℃时CO的物质的量应为1.6mol，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，即△H＜0，
故答案为：＜；
④由于CO与H₂O的化学计量数相等都为1，所以当两者物质的量相等时二者转化率相等，要使CO转化率大于H₂O的转化率，则增大H₂O的物质的量，即

a

b

的值小于1，所以

a

b

的取值范围是0＜

a

b

＜1，
故答案为：0＜

a

b

＜1．

点评：本题考查了盖斯定律的应用、沉淀溶解平衡分析计算、反应速率的、平衡常数的计算与运用等，题目综合性较强，是对学生能力的考查，难度中等，注意把握反应原理的有关内容．