Question

【题目】CO2的转换在生产、生活中具有重要的应用。

(1)CO2的低碳转型对抵御气候变化具有重要意义，海洋是地球上碳元素最大的“吸收池”。

①溶于海水中的CO2主要以四种无机碳形式存在，除CO2、H2CO3两种分子外，还有两种离子的化学式为_________、___________________。

②在海洋碳循环中，可通过上图所示的途径固碳。写出钙化作用的离子方程式：____________。

(2)将CO2与金属钠组合设计成Na－CO2电池，很容易实现可逆的充、放电反应，该电池反应为4Na+3CO2 2Na2CO3+C。放电时，在正极得电子的物质为___________；充电时，阳极的反应式为___________。

(3)目前工业上有一种方法是用CO2和H2在230℃并有催化剂条件下转化生成甲醇蒸汽和水蒸气。下图表示恒压容器中0.5molCO2和1.5 mol H2转化率达80%时的能量变化示意图。能判断该反应达到化学平衡状态的依据_______(填字母)。

a.容器中压强不变 b.H2的体积分数不变

c.c(H2 =3c(CH3OH) d.容器中密度不变

e.2个C = O断裂的同时有6个H - H断裂

(4)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应CO(g)+H2O(g) CO2(g) +H2(g)，得到如下三组数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所 需时间/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①实验2条件下平衡常数K=____________。

②实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则a/b的值_________(填具体值或取值范围）。

③实验4，若900℃时，在此容器中加入CO、H2O、CO2、H2均为1mol，则此时v(正____v(逆）（填“ <”、“ >”或“=")。

(5)已知在常温常压下：

①2CH3OH(I)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) △H=-1275.6kJmol-1

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-566.0kJ·mol-1

③H2O(g)=H2O(I) △H=-44.0kJ·mol-1

写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式_____________。

Answer 1

【答案】 HCO3- CO32- Ca2 ++2HCO3 = CaCO3↓+CO2↓+H2O CO2 C-4e +2CO32- =3CO2 bd 1/6 或 0.17 <1 < CH3OH(l) +O2(g)═CO(g) +2H2O(1) ΔH= -442.8 kJ mol -1

【解析】（1）①H2CO3是二元弱酸，电离产生HCO3-、CO32-；②在海洋碳循环中，通过上图所示的途径固碳，反应物是HCO3-，生成物是CaCO3和CO2，则钙化作用的离子方程式：Ca2 ++2HCO3 = CaCO3↓+CO2↓+H2O；(2)根据电池反应4Na+3CO2 2Na2CO3+C可知：放电时，负极钠失去电子，正极CO2失去电子；充电时，阳极碳失去电子与碳酸根离子结合产生二氧化碳，其电的反应式为：C-4e +2CO32- =3CO2；（3）a、该反应是在恒压容器中进行，所以压强始终不变，不能判断该反应达到化学平衡状态，选项a错误；b、达平衡时，各物质的含量都不再改变，氢气的体积分数恒定，可以判断该反应达到化学平衡状态，选项b正确；c、平衡时，氢气和甲醇的浓度不一定具备化学计量数的比例关系，不能判断该反应达到化学平衡状态，选项c错误；d、由于该反应是反应前后气体的物质的量改变的反应，当压强不变时，容器体积在减小，密度增大，当平衡时气体密度不再增大，保持不变，能判断该反应达到化学平衡状态，选项d正确；e、反应的任何状态时都有2个C＝O断裂的同时有6个H－H断裂，不能判断该反应达到化学平衡状态，选项e错误，答案选bd；

(4) ①实验2条件下 CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)

开始时的浓度/mol/L 1.0 0.5 0 0

改变的浓度/mol/L 0.2 0.2 0.2 0.2

平衡时的浓度/mol/L 0.8 0.3 0.2 0.2

K===；②实验3中CO、H2O的起始浓度分别为mol/L、mol/L，设CO的变化浓度为xmol/L，由于CO、H2O的变化浓度之比等于化学方程式的系数之比，则H2O的变化浓度为xmol/L，则CO、H2O的平衡转化率分别为、，若CO的平衡转化率大于水蒸气，则>，所以<1；

③根据实验2可知900℃时的平衡常数K＝0.17，表中实验2有关组分的起始物质的量、平衡物质的量已知，容器体积为2L，根据c=，实验4时CO、H2O、CO2、H2的浓度分别为5mol/L、2.5mol/L、1mol/L、2.5mol/L，则Q==0.2>K=0.17，说明此时反应应该向逆反应方向进行，所以v(正)<v(逆)；(5)由已知：①2CH3OH(I) +3O2(g)=2CO2(g) +4H2O(g) △H1= -1275.6 kJ mol-1

②2CO(g) +O2(g)=2CO2(g) △H2 = -566.0 kJ·mol-1

③H2O(g)=H2O(I) △H3 =-44.0 kJ·mol-1

根据盖斯定律，由（①-②+③×4）得：CH3OH(l) +O2(g)═CO(g) +2H2O(1) ΔH= △H1+△H2-4△H3= × [-1275.6 kJ mol-1+(-566.0 kJ·mol-1)-( -44.0 kJ·mol-1) ×4]=-442.8 kJ mol -1。