Question

5．二氧化碳的捕捉与封存是实现温室气体减排的重要途径之一，科学家利用NaOH溶液喷淋“捕捉”空气中的CO₂（如图所示）．

（1）NaOH溶液喷成雾状的目的是增大气液反应物的接触面积，既加快反应速率又提高CO₂的吸收率．
（2）若使用1.0mol•L^-1800mL的NaOH溶液吸收11.2L（标准状况下）的CO₂，反应的离子方程式为5CO₂+8OH^-=2HCO₃^-+3CO₃^2-+3H₂O，所得溶液中，n（CO${\;}_{3}^{2-}$）、n（H₂CO₃）、n（H⁺）、n（OH^-）的关系为n（CO₃^2-）-n（H₂CO₃）-n（H⁺）+n（OH^-）=0.3mol．
（3）以CO₂与NH₃为原料可合成尿素[CO（NH₂）₂]．
已知：①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H₁=-159.47kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₂=+116.49kJ•mol^-1
③H₂O（l）═H₂O（g）△H₃=+44.0kJ•mol^-1
试写出NH₃和CO₂合成尿素和液态水的热化学方程式：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-86.98kJ•mol^-1．
（4）以CO₂与H₂为原料还可合成液体燃料甲醇（CH₃OH），其反应的化学方程式为CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0．现将1mol CO₂和3mol H₂充入容积为2L的密闭容器中发生上述反应，下列说法正确的是BD．
A．若保持恒温，当容器中n（CH₃OH）：n（H₂O）为1：1时，该反应已达平衡状态
B．若保持恒温，当容器内气体压强恒定时，该反应已达平衡状态
C．若其他条件不变，升高温度，则平衡常数增大
D．保持温度不变，当反应已达平衡时，若向容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，当达到新平衡时，n（CH₃OH）：n（H₂）将增大．

Answer 1

分析 （1）反应物接触面积越大，反应速率越快；
（2）n（NaOH）=1.0mol/L×0.8=0.8mol，n（CO₂）=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，1＜$\frac{n（NaOH）}{n（C{O}_{2}）}$＜2，根据原子守恒确定产物及其物质的量之间的关系；根据原子守恒和物料守恒计算；
（3）根据盖斯定律及已知热化学方程式计算；
（4）A．无论反应是否达到平衡状态，n（CH₃OH）：n（H₂O）为1：1；
B．当反应前后改变的物理量不变时，该反应达到平衡状态；
C．△H＜0，升高温度，平衡逆向移动；
D．保持温度不变，当反应已达平衡时，若向容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，相当于增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动．

解答 解：（1）反应物接触面积越大，反应速率越快，则NaOH溶液喷成雾状的目的是为了增大气液反应物的接触面积，既加速反应又提高CO₂的吸收率，
故答案为：增大气液反应物的接触面积，既加速反应又提高CO₂的吸收率；
（2）n（NaOH）=1.0mol/L×0.8=0.8mol，n（CO₂）=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，1＜$\frac{n（NaOH）}{n（C{O}_{2}）}$＜2，
设n（Na₂CO₃）为x，n（NaHCO₃）为y，根据原子守恒得：2x+y=0.8、x+y=0.5，解得：x=0.3、y=0.2，所以该反应方程式为：5CO₂+8OH^-=2HCO₃^-+3CO₃^2-+3H₂O，根据物料守恒得n（Na⁺）=0.8mol，n（CO₃^2-）+n（H₂CO₃）+n（HCO₃^-）=0.5mol，
根据电荷守恒得n（Na⁺）+n（H⁺）=2n（CO₃^2-）+n（OH^-）+n（HCO₃^-），所以得n（CO₃^2-）-n（H₂CO₃）-n（H⁺）+n（OH^-）=0.3 mol，
故答案为：5CO₂+8OH^-=2HCO₃^-+3CO₃^2-+3H₂O；n（CO₃^2-）-n（H₂CO₃）-n（H⁺）+n（OH^-）；
（3）①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.47kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.49kJ•mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+88.0kJ•mol^-1
由盖斯定律计算①+②-③得：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-130.98 kJ•mol^-1，
故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-130.98 kJ•mol^-1；
（4）A．若保持恒温，无论该反应是否达到平衡状态，容器中n（CH₃OH）：n（H₂O）始终为1：1，所以不能据此判断平衡状态，故A错误；
B．该反应是反应气体体积减小的反应，若保持恒温，当容器内气体压强恒定时，该反应已达平衡状态，故正确；
C．该反应为放热反应，温度升高平衡逆向移动，反应物浓度增大，产物浓度减小，平衡常数减小，故C错误；
D．可将1mol CO₂和3mol H₂看成先充入另一个相同容器中，达到平衡时状态完全相同，然后加压将两个容器中的气体合并到一个容器中，根据化学平衡移动原理可知，平衡将正向移动，CH₃OH的物质的量增大，H₂的物质的量减小，n（CH₃OH）：n（H₂）的比值增大，故D正确；
故答案为：BD．

点评 本题考查了氧化还原反应、盖斯定律、化学平衡等知识，为高考热点，题目难度中等，根据氧化还原反应实质、盖斯定律内涵、化学平衡的判断方法等知识点来分析解答，注意结合守恒思想进行分析．