Question

10．为解决大气中CO₂的含量增大的问题，某科学家提出“绿色自由”构想：把工厂排出的富含CO₂的废气经净化吹入碳酸钾溶液吸收，然后再把CO₂从溶液中提取出来，经化学反应使废气中的CO₂转变为燃料甲醇．“绿色自由”构想的部分技术流程如图1

（1）合成塔中反应的化学方程式为CO₂+3H₂$\stackrel{一定条件}{→}$CH₃OH+H₂O；△H＜0．从平衡移动原理分析，低温有利于提高原料气的平衡转化率．而实际生产中采用300℃的温度，除考虑温度对反应速率的影响外，还主要考虑了催化剂的催化活性．
（2）从合成塔分离出甲醇的原理与下列 操作的原理比较相符C（填字母）
A．过滤    B．分液    C．蒸馏    D．结晶
工业流程中一定包括“循环利用”，“循环利用”是提高效益、节能环保的重要措施．“绿色自由”构想技术流程中能够“循环利用”的，除K₂CO₃溶液和CO₂、H₂外，还包括．
（3）在体积为2L的合成塔中，充人2mol CO₂和6mol H₂，测得CO₂（g）和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图2所示．
从反应开始到平衡，V（H₂）=0.24mol/（L•min）；能使平衡体系中$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的措施有增大H₂的用量等．
（4）如将CO₂与H₂以1：4的体积比混合，在适当的条件下可制得CH₄．
已知
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-285.5kJ/mol
写出CO₂（g）与H₂（g）反应生成CH₄（g）与液态水的热化学方程式CO₂（g）+4H₂ （g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）根据工艺流程可知，合成塔内反应是氢气与二氧化碳反应生成甲醇和水；
工业生产条件选择要考虑转化率、反应速率、对催化剂的影响、材料、成本等多方面综合考虑；
（2）从合成塔出来的主要为甲醇与水的混合液，甲醇与水互溶，沸点相差大；
（3）由图可知，10min达平衡，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CH₃OH）反应速率之比等于化学计量数之比计算氢气的反应速率；
平衡向正反应移动，可以增大n（CH₃OH）/n（CO₂）的值；
（4）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol，
②H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H₂=-285.8kJ/mol，根据盖斯定律构造目标热化学方程式．

解答 解：（1）合成塔中的反应是二氧化碳和氢气在一定条件下可生成甲醇和水，其方程式为：CO₂+3H₂$\stackrel{一定条件}{→}$CH₃OH+H₂O；
温度影响催化剂的活性，除考虑温度对反应速率的影响外，还主要考虑了催化剂的催化活性，
故答案为：CO₂+3H₂$\stackrel{一定条件}{→}$CH₃OH+H₂O；催化剂的催化活性；
（2）分离沸点相差比较大，互溶的液体，可以用蒸馏的方法进行分离，
故答案为：C；
（3）由图可知，10min达平衡，平衡时甲醇的浓度为0.8mol/L，
所以v（CH₃OH）=$\frac{0.8mol/L}{10min}$=0.08mol/（L•min），反应速率之比等于化学计量数之比，所以v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.08mol/（L•min）=0.24mol/（L•min）．
增大H₂的用量、减少生成H₂O 的量等，平衡右移，可以增大n（CH₃OH）/n（CO₂）的值，
故答案为：0.24mol/（L•min）；增大H₂的用量等；
（4）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol，
②H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H₂=-285.8kJ/mol，
则CO₂（g）与H₂（g）反应生成CH₄（g）与液态水的热化学方程式可
根据盖斯定律②×4-①得CO₂（g）+4H₂ （g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol，
故答案为：CO₂（g）+4H₂ （g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol．

点评 本题以研究二氧化碳对环境的影响为背景，考查分析图示及书写方程式、化学反应速率计算、热化学方程式书写等，解题时首先要根据流程图明确物质的制备过程，试题有利于培养学生的分析、理解能力及计算能力．