题目内容

3. 二氧化碳是常见的温室气体,其回收利用是环保领域研究的热点课题.回答下列问题:
(1)Li4SiO4可用于富集CO2.原理是在500℃,低浓度CO2与Li4SiO4接触后生成两种锂盐;平衡后加热至700℃,反应逆向进行,放出高浓度CO2,Li4SiO4再生,700℃时反应的化学方程式为Li2CO3+Li2SiO3?CO2+Li4SiO4.
(2)C02加氢合成低碳烯烃的技术在节能减排等方面具有重要意义.以合成C2H4为例,该转化分为两步进行:
第一步:CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)△H=+41.3kJ/mol-1
第二步:2CO(g)+4H2(g)?C2H4(g)+2H2O(g)△H=-210.5kJ/mol-1
①CO2加氢合成乙烯的热化学方程式为2CO2+6H2(g)?C2H4(g)+4H2O(g)△H=-127.9 kJ/mol.
②一定条件下的密闭容器中,总反应达到平衡,要提高CO2的转化率,可以采取的措施是bd(填字母).
A.减小压强  B.增大H2浓度  C.加入适当催化剂  D.分离出H2O(g)
(3)由CO2和H2合成CH3OH的反应如下:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H.在10L的恒密闭容器中投入1molCO2和2.75molH2,在不同条件下发生上述反应,测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如图所示.
①上述反应的△H<(填“>”或“<”)0.判断理由是压强一定时,温度越高,CH3OH的物质的量越小,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.
②图中压强P1>(填“>”或“<”)P2.
③经测定知Q点时容器的压强是反应前压强的$\frac{9}{10}$,若反应从开始到平衡所需的时间为5min,則0〜5min内H2味的反应速率v(H2)=1.125×10-2mol/(L•min).
④N点时,该反应的平衡常数K=1.04(计算结果保留2位小数).

分析 (1)根据题干信息,反应物为CO2与Li4SiO4,生成物有Li2CO3,根据质量守恒进行解答;
(2)①已知:Ⅰ.CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)△H=+41.3kJ/mol
Ⅱ.2CO(g)+4H2(g)?C2H4(g)+2H2O(g)△H=-210.5kJ/mol
根据盖斯定律,Ⅰ×2+Ⅱ可得:2CO2+6H2(g)=C2H4(g)+4H2O(g);
②要提高CO2的转化率,改变条件应使平衡正向移动,但不能只增大二氧化碳的用量,否则转化率为降低,结合平衡移动原理分析解答;
(3)①由图可知,压强一定时,温度越高,CH3OH的物质的量越小,说明升高温度平衡向逆反应方向移动;
②正反应为气体体积减小的反应,温度一定时,增大压强,平衡向正反应方向移动,甲醇的物质的量增大;
③由反应前后压强的变化以及速率的计算公式可以推出0-5min内的反应速率;
④图中M点时,容器体积为10L,结合M点的坐标可知,M点的CH3OH的物质的量为0.25mol,
根据反应CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
起始(mol/L) 0.1 0.275 0 0
转化(mol/L)0.025 0.075 0.025 0.025
平衡(mol/L) 0.075 0.2 0.025 0.025
根据K=$\frac{c(H2O)•c(CH3OH)}{c3(H2)•c(CO2)}$计算,温度不变平衡常数不变.

解答 解:(1)在500℃,CO2与Li4SiO4接触后生成Li2CO3,反应物为CO2与Li4SiO4,生成物有Li2CO3,根据质量守恒可知产物还有Li2SiO3,所以700℃时反应的化学方程式为:Li2CO3+Li2SiO3?CO2+Li4SiO4,故答案为:Li2CO3+Li2SiO3?CO2+Li4SiO4;
(2)①已知:Ⅰ.CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)△H=+41.3kJ/mol
Ⅱ.2CO(g)+4H2(g)?C2H4(g)+2H2O(g)△H=-210.5kJ/mol
根据盖斯定律,Ⅰ×2+Ⅱ可得:2CO2+6H2(g)=C2H4(g)+4H2O(g)△H=-127.9 kJ/mol,
故答案为:2CO2+6H2(g)?C2H4(g)+4H2O(g)△H=-127.9 kJ/mol;
②a.正反应为气体体积减小的反应,低压有利于逆向减小,CO2的转化率减小,故a错误;
b.增大H2浓度,平衡正向移动,CO2的转化率增大,故b正确;
c.加入适当催化剂,可以加快反应速率,但不影响平衡移动,CO2的转化率不变,故c错误;
d.分离出水,生成物浓度减小,平衡正向移动,CO2的转化率增大,故d正确,
故选:bd;
(3)①由图可知,压强一定时,温度越高,CH3OH的物质的量越小,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,故答案为:放热;压强一定时,温度越高,CH3OH的物质的量越小,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;
②正反应为气体体积减小的反应,温度一定时,增大压强,平衡向正反应方向移动,甲醇的物质的量增大,故压强P1>P2,故答案为:>;
③根据反应     CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
起始(mol/L) 0.1           0.275             0                0
转化(mol/L)x                3x                 x                 x 
平衡(mol/L)0.1-x          0.275-3x        x                 x
根据压强为反应前的$\frac{9}{10}$可以列出表达式$\frac{0.1-x+0.275-3x+x+x}{0.1+0.275}$=$\frac{9}{10}$,可以计算出x=0.01875,
V(H2)=$\frac{△{C}_{(H2)}}{△t}$=$\frac{3×0.01875mol/l}{5min}$=1.125×10-2mol/(L•min)故答案为1.125×10-2mol/(L•min);
④温度不变平衡常数不变,图中M点时,容器体积为10L,结合M点的坐标可知,M点的CH3OH的物质的量为0.25mol,
根据反应         CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
起始(mol/L) 0.1            0.275             0                0
转化(mol/L)0.025          0.075           0.025         0.025
平衡(mol/L) 0.075         0.2              0.025         0.025
K=$\frac{c(H2O)•c(CH3OH)}{c3(H2)•c(CO2)}$=$\frac{0.025×0.025}{0.{2}^{3}×0.075}$=1.04,
故答案为:1.04.

点评 本题考查化学平衡影响因素、平衡常数、盖斯定律应用等,注意对基础知识的理解掌握.

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