研究表明丰富的CO2完全可以作为新碳源.解决当前应用最广泛的碳源到本世纪中叶将枯竭的危机.同时又可缓解由CO2累积所产生的温室效应.实现CO2的良性循环．(1)目前工业上有一种方法是用CO2和H2在230℃催化剂条件下转化生成甲醇蒸汽和水蒸气．如图1表示恒压容器中0.5mol CO2和1.5mol H2转化率达80%时的能量变化示意图．写� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

研究表明丰富的CO₂完全可以作为新碳源，解决当前应用最广泛的碳源（石油和天然气）到本世纪中
叶将枯竭的危机，同时又可缓解由CO₂累积所产生的温室效应，实现CO₂的良性循环．

（1）目前工业上有一种方法是用CO₂和H₂在230℃催化剂条件下转化生成甲醇蒸汽和水蒸气．如图1表示恒压容器中0.5mol CO₂和1.5mol H₂转化率达80%时的能量变化示意图．写出该反应的热化学方程式：

．
（2）工业上可用CO₂与H₂反应生成甲醇，在T℃下，将1mol CO₂和2mol H₂充入5L恒容密闭容器中发生反应为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），测得H₂的物质的量随时间的变化情况如图2中曲线I所示．
①按曲线I计算反应从0到4min时，v（H₂）=

．
②在T℃时，若仅改变某一外界条件时，测得H₂的物质的量随时间的变化情况如图中曲线Ⅱ所示，则改变的外界条件为

．反应接曲线Ⅱ进行，计算达到平衡时容器中c（CO₂）=

．
③判断该反应达到平衡的依据为

（填正确选项的字母）
A．混合气体的平均相对分子质量不随时间改变
B．3v（H₂）_正=v（CH₃OH）_逆
C．混合气体的压强不随时间改变
D．单位时间内生成CH₃OH和H₂O的物质的量相同
（3）以二氧化钛表面覆盖Cu₂Al₂O₄为催化剂，可以将CO₂和CH₄直接转化成乙酸．
①在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图3所示．250～300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是

．
②将Cu₂Al₂O₄溶解在稀硝酸中的离子方程式为

．
（4）Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂．
①如果寻找吸收CO₂的其他物质，下列建议合理的是

．
a．可在碱性氧化物中寻找
b．可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找
c．可在具有强氧化性的物质中寻找
②Li₂O吸收CO₂后，产物用于合成Li₄SiO₄，Li₄SiO₄用于吸收、释放CO₂．原理是：在500℃，CO₂与Li₄SiO₄接触后生成Li₂CO₃：平衡后加热至700℃，反应逆向进行，放出CO₂，Li₄SiO₄再生，说明该原理的化学方程式是

．

考点：化学平衡的计算,热化学方程式,化学反应速率的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：

分析：（1）发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），根据图1可知，0.5mol CO₂和1.5mol H₂转化率达80%时放热23kJ-3.4kJ=19.6kJ，计算1mol二氧化碳发生放出的热量确定△H，书写该反应的热化学方程式；
（2）①根据v=

△n

△t

计算v（H₂）；
②温度一定，曲线II到达平衡时的时间缩短，平衡时氢气的物质的量减小，说明改变条件增大反应速率，且平衡向正反应方向移动，由于容器为恒容条件下，应是增大二氧化碳的浓度；
I与II化学平衡常数相同，平衡常数K=

n(CH3OH)

n(H2O)

n(CO2)

×(

n(H2)

n(CH3OH)?n(H2O)

n(CO2)?[n(H2)]3

×V2，由于体积不变，利用

n(CH3OH)?n(H2O)

n(CO2)?[n(H3)]3

相等计算平衡时二氧化碳物质的量，进而计算曲线II平衡时c（CO₂）；
③当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，注意选择判断的物理量，应随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
（3）①由图可知，温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低；
②先将Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O?Al₂O₃，再根据氧化物与酸反应生成离子方程式，注意一价铜具有还原性，与硝酸反应氧化还原反应有NO生成；
（4）①二氧化碳为酸性气体，Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂与氧化性无关；
②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．

解答： 解：（1）根据图1可知，0.5mol CO₂和1.5mol H₂转化率达80%时放热23kJ-3.4kJ=19.6kJ，1mol二氧化碳反应放出的热量为

1mol

0.5mol×80%

×19.6kJ=49kJ，则该反应的热化学方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ?mol^-1，
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49 kJ?mol^-1；
（2）①由图可知，平衡时参加反应氢气为2mol-1mol=1mol，故v（H₂）=

1mol

4min

=0.05mol/（L?min），
故答案为：0.05mol/（L?min）；
②温度一定，曲线II到达平衡时的时间缩短，平衡时氢气的物质的量减小，说明改变条件增大反应速率，且平衡向正反应方向移动，由于容器为恒容条件下，应是增大二氧化碳的浓度；
平衡常数K=

n(CH3OH)

n(H2O)

n(CO2)

×(

n(H2)

n(CH3OH)?n(H2O)

n(CO2)?[n(H2)]3

×V2，由于体积不变，利用

n(CH3OH)?n(H2O)

n(CO2)?[n(H3)]3

相等，
对应曲线I：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
开始（mol）：1 2 0 0
转化（mol）：

平衡（mol）：

对应曲线II：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
开始（mol）：2        0        0
转化（mol）：2-0.5      0.5      0.5
平衡（mol）：0.5      0.5      0.5
则

0.5×0.5

n(CO2)×0．53

×13

，解得n（CO₂）=12，故平衡时c（CO₂）=

12mol

=2.4mol/L，
故答案为：增大二氧化碳的浓度；2.4mol/L；
③A．随反应进行混合气体总物质的量减小，总质量不变，故随反应进行平均相对分子质量减小，混合气体的平均相对分子质量不随时间改变，说明反应到达平衡，故A正确；
B．当v（H₂）_正：v（CH₃OH）_逆=3：1时，反应到达平衡，由3v（H₂）_正=v（CH₃OH）_逆，可得v（H₂）_正：v（CH₃OH）_逆=1：3，说明逆反应速率较大，平衡向逆反应进行，故B错误；
C．容器体积不变，随反应进行混合气体总物质的量减小，混合气体的压强减小，但混合气体压强不随时间改变，说明反应到达平衡，故C正确；
D．单位时间内生成CH₃OH和H₂O的物质的量相同，均表示正反应速率，反应始终按1：1进行，不能说明到达平衡，故D错误，
故答案为：AC；
（3）①温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低，所以温度升高而乙酸的生成速率降低，
故答案为：温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低；
②Cu₂Al₂O₄拆成氧化物的形式：Cu₂O?Al₂O₃，一价铜具有还原性，与硝酸反应氧化还原反应有NO生成，故与酸反应生成离子方程式：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O，
故答案为：3Cu₂Al₂O₄+32H⁺+2NO₃^-=6Cu²⁺+6Al³⁺+2NO↑+16H₂O；
（4）①a．Li₂O、Na₂O、MgO均属于碱性氧化物，均能吸收酸性氧化物CO₂，可在碱性氧化物中寻找吸收CO₂的其他物质，故a正确；
b．Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂，钠、镁为ⅠA、ⅡA族元素，所以可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找吸收CO₂的其他物质，故b正确；
c．Li₂O、Na₂O、MgO均能吸收CO₂，但它们都没有强氧化性，且吸收二氧化碳与氧化还原无关，故c错误；
故答案为：ab；
②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，所以化学方程式为：CO₂+Li₄SiO₄