Question

5．2016年9月3日，二十国集团领导人杭州峰会之前，中国政府率先签署了《巴黎协定》并向联合国交存批准文书，体现中国为应对全球气候变化做出了重要贡献．为减少CO₂对环境造成影响，有科学家提出设想，先把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO₂从溶液中提取出来，并使之变为可再生燃料甲醇，流程如图1所示：

（1）写出分解池中反应的化学方程式2KHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+H₂O+CO₂↑．
（2）在合成塔中，当有8.8gCO₂与足量H₂完全反应，可放出9.84×l0³kJ的能量，写出合成塔中反应的热化学方程式CO_2（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49200KJ/mol．
（3）在体积为l L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂在300℃下发生反应，有关物质的浓度随时间变化如图2所示．
①从反应开始到平衡，H₂的平均反应速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）．
②其他条件不变，只将温度提高到500℃，再次平衡时n（CH₃OH）/n（CO₂）比值减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
③从平衡移动原理分析，低温有利于提高原料气的转化率，而实际生产中采用300℃的温度，原因是催化剂此温度下活性最大．
（4）目前，由CO₂来合成二甲醚已取得了较大的进展，其化学反应是：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＞0．判断该反应在一定条件下，体积恒定的密闭容器中是否达到化学平衡状态的依据是bd．
a．容器中密度不变
b．单位时间内消耗2molCO₂，同时消耗1mol二甲醚
c．v（CO₂）：v（H₂）=1：3
d．容器内压强保持不变．

Answer 1

分析 （1）碳酸氢钾不稳定，加热时分解生成碳酸钾和二氧化碳、水；
（2）8.8gCO₂的物质的量=$\frac{8.8g}{44g/mol}$=0.2mol，0.2mol二氧化碳和足量氢气反应放出9.84×l0³kJ热量，计算1mol二氧化碳与足量氢气反应放出的热量，从而写出其热化学反应方程式；
（3）①依据化学反应速率的概念计算，用单位时间内物质浓度的变化计算得到；
②反应是放热反应温度升高平衡逆向进行；
③考虑反应快慢（或者催化剂活性）；
（4）化学平衡状态的标志是正逆反应速率相同，各组分浓度保持不变，分析选项判断．

解答 解：（1）二氧化碳和饱和的碳酸钾溶液反应生成碳酸氢钾，碳酸氢钾不稳定，加热时分解生成碳酸钾、二氧化碳和水，所以方程式为2KHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+H₂O+CO₂↑．
故答案为：2KHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂CO₃+H₂O+CO₂↑；
（2）8.8gCO₂的物质的量=$\frac{8.8g}{44g/mol}$=0.2mol，0.2mol二氧化碳和足量氢气反应放出9.84×l0³kJ热量，计算1mol二氧化碳与足量氢气反应放出的热量为49200KJ：，所以其热化学反应方程式为CO_2（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49200KJ/mol，
故答案为：CO_2（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49200KJ/mol；
（3）①图象分析，甲醇表示的反应速率=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/L•min；依据化学方程式CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）计算得到氢气表示的反应速率=0.075mol/L•min×3=0.225 mol/（L•min）；
故答案为：0.225 mol/（L•min）； 
②反应是放热反应，若其它条件不变，只将温度提高到800℃，平衡逆向进行，再次达平衡时$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$比值减小；
故答案为：减小；
③从平衡移动原理分析，低温有利于提高原料气的转化率，而实际生产中采用300℃的温度是为了催化剂此温度下活性最大，
故答案为：催化剂此温度下活性最大；
根据：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＞0可知，该反应为气体体积减小的吸热反应，所以在一定温度下，体积恒定的密闭容器中，
a．反应前后气体质量守恒，体积固定，所以过程中密度不变，容器的密度不变不能证明反应达到平衡，故a错误；
b．单位时间内消耗2mol CO₂，同时消耗1mol二甲醚证明反应的正逆反应速率相同，能说明反应达到平衡，故b正确；
c．v（CO₂）：v（H₂）=1：3无法判断正逆反应速率是否相等，故c错误；
d．反应前后气体体积变化，容器内压强保持不变说明反应达平衡状态，故d正确；
故答案为：bd．

点评 本题考查了工业制备物质的原理应用，热化学方程式的书写方法和注意问题，化学反应速率计算和平衡影响因素的理解，题目难度中等．