Question

2．诺贝尔化学奖获得者乔治•欧拉教授率领团队首次采用金属钌作催化剂，从空气中捕获CO₂直接转化为甲醇，为通往未来“甲醇经济”迈出了重要一步，并依据该原理开发如图1所示转化．

（1）CO₂中含有的化学键类型是极性共价键．
（2）将生成的甲醇（沸点为64.7℃）与水分离可采取的方法是蒸馏．
（3）图1所示转化中，由第1步至第4步的反应热（△H）依次是a kJ/mol、b kJ/mol、c kJ/mol、d kJ/mol，则该转化总反应的热化学方程式是CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=（a+b+c+d）kJ/mol．
（4）500℃时，利用金属钌做催化剂，在固定容积的密闭容器中可直接实现如（3）中转化得到甲醇．测得该反应体系中X、Y浓度随时间变化如图2．
①Y的化学式是，判断的理由是Y随反应进行浓度减小，因此Y为反应物，且其相同时间内转化量与X相同，则其在方程式中的化学计量数应与X相同，因此Y是CO₂．
②下列说法正确的是abc（选填字母）．
a．Y的转化率是75%
b．其他条件不变时，若在恒压条件下进行该反应，Y的转化率高于75%
c．升高温度使该反应的平衡常数K增大，则可知该反应为吸热反应
d．金属钌可大大提高该反应中反应物的转化率
③从反应开始到平衡，用氢气表示的平均反应速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）．

Answer 1

分析 （1）CO₂中含有极性共价键；
（2）互溶沸点不同的液体混合物用蒸馏的方法分离；
（3）根据盖斯定律，可知反应热的大小与起态和始态有关与过程无关；
（4）①由图可知X的量在增加，Y的量再减少，而且变化量相同，所以Y是反应物，而且计量数与生成物的计量数相同；
②a．Y的转化率是$\frac{1-0.25}{1}×100%$=75%；
b．因为正反应是气体体积减少的反应，所以其他条件不变时，若在恒压条件下进行该反应，相当于增大压强，Y的转化率变大；
c．升高温度使该反应的平衡常数K增大，则可知该反应为吸热反应；
d．催化剂只改变反应的速率，但平衡不移动；
③速率之比等于对应物质的化学计量数之比，结合v=$\frac{△c}{△t}$进行计算．

解答 解：（1）CO₂中含有极性共价键，故答案为：极性共价；
（2）甲醇（沸点为64.7℃）与水的沸点不同，所以用蒸馏的方法分离，故答案为：蒸馏；
（3）根据盖斯定律，可知反应热的大小与起态和始态有关与过程无关，所以该转化总反应的热化学方程式是CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=（a+b+c+d） kJ/mol，故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=（a+b+c+d） kJ/mol；
（4）①由图可知X的量在增加，Y的量再减少，而且变化量相同，所以Y是反应物，而且计量数与生成物的计量数相同，所以Y是CO₂，故答案为：CO₂；Y随反应进行浓度减小，因此Y为反应物，且其相同时间内转化量与X相同，则其在方程式中的化学计量数应与X相同，因此Y是CO₂；
②a．Y的转化率是$\frac{1-0.25}{1}×100%$=75%，故正确；
b．因为正反应是气体体积减少的反应，所以其他条件不变时，若在恒压条件下进行该反应，相当于增大压强，Y的转化率变大，故正确；
c．升高温度使该反应的平衡常数K增大，则可知该反应为吸热反应，故正确；
d．催化剂只改变反应的速率，但平衡不移动，故错误；
故选：abc；
③v（CO₂）=$\frac{0.75}{10}$=0.075mol/（L•min），而v（H₂）=$\frac{1}{3}$v（CO₂）=0.225 mol/（L•min），故答案为：0.225．

点评 本题为综合题，涉及化学平衡影响因素分析、化学反应速率的计算、反应热的计算、热化学反应方程式的书写等知识点，注重高考常考考点的考查，题目难度中等．