Question

7．二氧化碳的回收利用是环保领域研究热点．
（1）在太阳能的作用下，以CO₂为原料制取炭黑的流程如图1所示．总反应的化学方程式为CO₂$\frac{\underline{\;太阳能\;}}{FeO}$C+O₂．
（2）有一种用CO₂生产甲醇燃料的方法：CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O．已知298K和101KPa条件下：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（l）△H=-a kJ•mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-b kJ•mol^-1；
CH₃OH（g）=CH₃OH（l）△H=-c kJ•mol^-1，
则CH₃OH（l）的标准燃烧热△H=a+c-1.5b kJ•mol^-1．
（3）CO₂经过催化氢化合成低碳烯烃，合成乙烯反应为2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H＜0在恒容密闭容器中充入2mol CO₂和n mol H₂，在一定条件下发生反应，CO₂的转化率与温度、投料比X=[$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]的关系如图1所示．

①平衡常数K_A＞K_B
②T K时，某密闭容器发生上述反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如表：

时间（min） 浓度（mol•L-1）	0	10	20	30	40	50
H2（g）	6.00	5.40	5.10	9.00	8.40	8.40
CO2（g）	2.00	1.80	1.70	3.00	2.80	2.80
CH2=CH2（g）	0	0.10	0.15	3.20	3.30	3.30

20～30min间只改变了某一条件，根据上表中的数据判断改变的条件可能是D
A．通入一定量H₂            B．通入一定量CH₂=CH₂C．加入合适催化剂               D．缩小容器体积
在图2中画出CH₂=CH₂的浓度随反应时间的变化
（4）在催化剂M的作用下，CO₂和H₂同时发生下列两个反应
A．2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H＜0
B．2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＜0
图3是乙烯在相同时间内，不同温度下的产率，则高于460℃时乙烯产率降低的原因不可能是BD
A．催化剂M的活性降低                 B．A反应的平衡常数变大
C．生成甲醚的量增加                    D．B反应的活化能增大
（5）Na₂CO₃溶液也通常用来捕获CO₂．常温下，H₂CO₃的第一步、第二步电离常数分别约为Ka₁=4×10^-7，Ka₂=5×10^-11，则0.5mol•L^-1的Na₂CO₃溶液的pH等于12（不考虑第二步水解和H₂O的电离）

Answer 1

分析 （1）在700K条件下，CO₂和FeO发生反应生成C和Fe₃O₄，过程1中Fe₃O₄分解生成FeO和O₂，所以整个反应过程中FeO作催化剂，根据反应物和生成物及反应条件书写方程式；
（2）1mol甲醇完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量为甲醇的燃烧热，①CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（l）△H=-a kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-b kJ•mol^-1；
③CH₃OH（g）=CH₃OH（l）△H=-c kJ•mol^-1，
根据盖斯定律，根据②×$\frac{3}{2}$-①-③计算CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H的焓变即可；
（3）①温度越高，二氧化碳的转化率降低，所以反应逆向进行，得到反应是放热的，温度升高，K减小；
②20～30min间各组分的浓度都增加，所以可能是缩小容器体积的结果，相当于增大压强，会引起平衡的移动，据此画出CH₂=CH₂的浓度随反应时间的变化情况曲线；
（4）根据影响产物产率的因素只能是引起平衡移动的因素，根据平衡移动原理来解释；
（5）根据K_h=$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）•c（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$计算c（OH^-），再计算pH．

解答 解：（1）在700K条件下，CO₂和FeO发生反应生成C和Fe₃O₄，过程1中Fe₃O₄分解生成FeO和O₂，所以整个反应过程中FeO作催化剂，根据反应物和生成物及反应条件书写方程式为CO₂$\frac{\underline{\;太阳能\;}}{FeO}$C+O₂，
故答案为：CO₂$\frac{\underline{\;太阳能\;}}{FeO}$C+O₂；
（2）1mol甲醇完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量为甲醇的燃烧热，①CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（l）△H=-a kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-b kJ•mol^-1；
③CH₃OH（g）=CH₃OH（l）△H=-c kJ•mol^-1，
根据盖斯定律，②×$\frac{3}{2}$-①-③得到CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l），所以反应的△H=（-$\frac{3b}{2}$+a+c）kJ/mol=a+c-1.5b kJ•mol^-1，故答案为：a+c-1.5b kJ•mol^-1；
 （3）①温度越高，二氧化碳的转化率降低，所以反应逆向进行，得到反应是放热的，温度升高，K减小，即平衡常数K_A＞K_B；故答案为：＞；
②20～30min间各组分的浓度都增加，所以可能是缩小容器体积的结果，相当于增大压强，CH₂=CH₂的浓度随反应时间的变化情况曲线如下：
 （在20-30分钟内曲线突然变陡），故答案为：D； （在20-30分钟内曲线突然变陡）；
（4）影响产物产率的因素只能是引起平衡移动的因素，反应的活化能增大因素都是和催化剂有关的因素，催化剂只能改变反应速率，不会引起平衡移动，乙烯产率不会影响，反应的平衡常数变大是温度的变化引起的，反应是放热的，平衡常数变大是因为升高温度，不符合题意，故选BD；
（5）根据K_h=$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）•c（O{H}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{Kw}{K2}$=$\frac{1{0}^{-14}}{5×1{0}^{-11}}$=2×10^-4=$\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{0.5}$，所以c（OH^-）=10^-2mol/L，pH=12．故答案为：12．

点评 本题综合考查学生盖斯定律的应用、化学平衡的移动以及水解常数的表达式及计算等，题目难度大，侧重于考查学生对基础知识的应用能力和应用能力．