Question

为减小CO₂对环境的影响，在限制其排放量的同时，应加强对CO₂创新利用的研究。

（1）①把含有较高浓度CO₂的空气通入饱和K₂CO₃溶液。②在①的吸收液中通高温水蒸气得到高浓度的CO₂气体。写出②中反应的化学方程式__________________________。

（2）如将CO₂与H₂ 以1:3的体积比混合。

①适当条件下合成某烃和水，该烃是       （填序号）。

A．烷烃     B．烯烃     C．炔烃    D．苯的同系物

②适当条件下合成燃料甲醇和水。在体积为2L的密闭容器中，充入 2 mol CO₂和6 mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)  △H=－49.0 kJ/mol。测得CO₂(g)和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

从反应开始到平衡，v(H₂)=      ；氢气的转化率=       ；能使平衡体系中n(CH₃OH)增大的措施有__________________________________________________。

（3）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=―890.3 kJ/mol

H₂(g) + 1/2O₂(g)=H₂O(l)    △H₂=－285.8 kJ/mol

则CO₂(g)与H₂(g)反应生成CH₄(g)与液态水的热化学方程式是____________________。

（4）某同学用沉淀法测定含有较高浓度CO₂的空气中CO₂的含量，经查得一些物质在20℃的数据如下表。

溶解度（S）/g	溶度积（Ksp）
Ca(OH)2	Ba(OH)2	CaCO3	BaCO3
0.16	3.89	2.9×10－9	2.6×10－9

 

（说明：K_sp越小，表示该物质在水溶液中越易沉淀）

吸收CO₂最合适的试剂是          (填“Ca(OH)₂”或“Ba(OH)₂”)溶液，实验时除需要测定工业废气的体积（折算成标准状况）外，还需要测定                        。

 

Answer 1

【答案】

（16分）

（1）② 2KHCO₃  K₂CO₃+H₂O+CO₂↑  （2分）

（2）① B（2分）

② v(H₂)=0.225 mol/(L·min)    75%    降低温度（或加压或增大H₂的量等）（各2分）

（3）CO₂(g) + 4H₂(g)=CH₄ (g) + 2H₂O(l)   △H=—252.9 kJ/mol  （2分）

（4）Ba(OH)₂   BaCO₃的质量  （4分，各2分）

【解析】

试题分析：（1）依题意，饱和碳酸钾溶液吸收二氧化碳可用于制取碳酸氢钾，碳酸氢钾不稳定，受热易分解，生成碳酸钾、二氧化碳气体和水，即反应①②分别是K₂CO₃+H₂O+CO₂=2KHCO₃、2KHCO₃  K₂CO₃+H₂O+CO₂↑；（2）①依题意，设烃分子式为C_xH_y，根据系数之比等于物质的量之比和质量守恒定律，则CO₂+3H₂→C_xH_y+2H₂O，根据碳、氢、氧原子个数守恒，则x=1、y=2，则生成的烃中碳、氢原子个数之比为1∶2，只有烯烃（C_nH_2n）符合题意，故B正确；②读图，达到平衡的时间为10min，由于氢气的起始浓度、平衡浓度未知，不能直接求氢气表示的平均反应速率，但是图中二氧化碳的起始浓度、平衡浓度已知，能直接求二氧化碳表示的平均反应速率，二氧化碳的起始浓度、平衡浓度分别为1.00 mol·L^－1、0.25 mol·L^－1，则10min内二氧化碳的平均反应速率===7.5×10^－2mol/(L•min)；由于CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)中各物质表示的平均反应速率之比等于系数之比，则v(H₂)/v(CO₂)=3/1，所以v(H₂)= 3×7.5×10^－2mol/(L•min)= 0.225mol/(L•min)；依题意，可以推断反应体系各组分的（起始、变化、平衡）浓度，则：

CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)

起始浓度/ mol·L^－1   1.00    3.00        0       0

变化浓度/ mol·L^－1   0.75    2.25       0.75     0.75

平衡浓度/ mol·L^－1   0.25    0.75       0.75     0.75

氢气的平衡转化率=×100%=×100%=75%

由于正反应是气体体积减小的放热反应，根据化学平衡移动原理，增大二氧化碳或氢气的浓度、减小水蒸气的浓度、缩小容器容积增大压强、降低温度，都能使平衡右移，增大平衡体系中甲醇的物质的量；（2）先将已知反应编号为①②，②×2—①可得未知的热化学方程式，根据盖斯定律可以求得焓变，即：CO₂(g) + 4H₂(g)=CH₄ (g) + 2H₂O(l)   △H=—252.9 kJ/mol；（4）依题意，20℃时氢氧化钙的溶解度小于氢氧化钡，则0.16g氢氧化钙溶于100g水形成饱和氢氧化钙溶液，由于c=n/V=m/（M•V），稀溶液的体积约等于水的体积，则饱和氢氧化钙溶液的物质的量浓度约为=0.022mol/L，同理可得，饱和氢氧化钡溶液的物质的量浓度约为=0.23mol/L，则氢氧化钙饱和溶液的浓度小于饱和氢氧化钡溶液，前者吸收二氧化碳的能力小于后者；K_sp(CaCO₃)>K_sp(BaCO₃)，则在溶液中BaCO₃比CaCO₃容易沉淀完全，所以应选择氢氧化钡溶液吸收二氧化碳气体；过量的氢氧化钡吸收一定体积的工业废气时，发生反应为：Ba(OH)₂+CO₂=BaCO₃↓+H₂O，根据各物质的物质的量之比等于系数之比，通过测量BaCO₃沉淀的质量，可以计算出二氧化碳的体积，二氧化碳的体积除以废气的总体积，就能计算废气中二氧化碳的体积分数。

考点：考查化学反应原理，涉及碳酸氢盐受热分解的化学方程式、质量守恒定律、烃的分子通式、反应物和生成物的浓度—时间图像、平均反应速率的计算、反应物平衡转化率的计算、外界条件对平衡移动的影响、盖斯定律、热化学方程式、溶解度、物质的量浓度、溶度积、物质的量在化学方程式计算中的应用、质量、摩尔质量、气体摩尔体积、体积、体积分数等。