Question

【题目】“低碳资源”正成为科学家研究的主要课題，为了减少空气中的温室气体，并且充分利用二氧化碳资源，科学家们设想了一系列捕捉和封存二氧化碳的方法。

(1)有科学家提出可利用FeO吸收和利用CO2，相关热化学方程式如下：

6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s) △H=-76.0kJ·mol-1

①己知：C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) △H=+113.4kJ·mol-1

则反应：3FeO(s)+H2O(g)= Fe3O4(s)+ H2(g)的△H=______________。

(2)用氨水捕集烟气中的CO2生成铵盐是减少CO2排放的可行措施之一。

①分別用不同pH的吸收剤吸收烟气中的CO2，CO2脱除效率与吸收剂的pH关系如下图所示，若烟气中CO2的含量(体积分数)为12%，烟气通入氨水的流量为0.052 m3·h-1(标准状况)，用pH为12.81的氨水吸收烟气30min，脱除的CO2的物质的量最多为_________ (精确到0.01)。

②通常情况下温度升高，CO2脱除效率提高，但高于40℃时，脱除CO2效率降低的主要原因是_________________ 。

(3)一定条件下，Pd-Mg/SiO2催化剂可使CO2“甲烷化”从而变废为宝，其反应机理如下图所示。

①该反应的化学方程式为___________________；反应过程中碳元素的化合价为-2价的中间体是__________________________。

②向一容积为2L的恒容密闭容器中充入一定量的CO2和H2，在300℃时发生上述反应，达到平衡时各物质的浓度分别为CO2：0.2mol·L-1、H2：0.8 mol·L-1、CH4：0.8 mol·L-1、H2O：1.6 mol·L-1，CO2的平衡转化率为___________________。

③己知该反应正反应放热，现有两个相同的恒容绝热(与外界无热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ，在Ⅰ中充入1molCO2和4molH2，在Ⅱ中充入1molCH4和2molH2O(g)，300℃下开始反应。达到平衡时，下列说法正确的是_____________(填字母)。

A.容器Ⅰ、Ⅱ中正反应速率相同

B.容器Ⅰ、Ⅱ中CH4的物质的量分数相同

C.容器Ⅰ中CO2的物质的量比容器Ⅱ中的多

D.容器Ⅰ中CO2的转化率与容器Ⅱ中CH4的转化率之和小于1

Answer 1

【答案】 +18.7kJ·mol-1 0.13mol 碳酸氢铵受热分解生成二氧化碳，氨水受热挥发 CO2+4H2CH4+2H2O MgOCH2 80% CD

【解析】(1) 6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s) △H=-76.0kJ·mol-1，C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g)△H=+113.4kJ·mol-1，根据盖斯定律，两个热化学方程式相加除以2得：3FeO(s)+H2O(g)=Fe3O4(s)+H2(g)△H= +18.7kJ·mol-1；正确答案：+18.7kJ·mol-1。

(2) ①二氧化碳的脱除效率与氨水pH的关系为：溶液的碱性越大，吸收效率越高，故二氧化碳脱除效率随氨水pH增大而增加。30min流入氨水的体积为1/2×0.052×103=26L，根据CO2+NH3H2O=NH4HCO3反应，可知n(NH3)=n(CO2)，相同条件下体积之比等于物质的量之比，则标准状况，吸收的二氧化碳的体积为26×91.6%×12%=2.86L，二氧化碳的物质的量为2.86/22.4=0.13mol；正确答案：0.13 mol。

②从40~50℃，二氧化碳脱除效率降低的原因是碳酸氢铵受热分解生成二氧化碳，氨水受热挥发；正确答案：碳酸氢铵受热分解生成二氧化碳，氨水受热挥发。

(3)①据信息:一定条件下Pd-Mg/SiO2催化剂可使CO2“甲烷化”,反应的方程式为: CO2+4H2CH4+2H2O ；反应过程中碳元素的化合价为-2价的中间体是MgOCH2 ；正确答案：CO2+4H2CH4+2H2O ；MgOCH2 。

②根据CO2+4H2CH4+2H2O反应可知，甲烷的变化浓度为0.8 mol·L-1，则二氧化碳的变化浓度为0.8 mol·L-1，二氧化碳起始浓度为0.2+0.8=1 mol·L-1，CO2的平衡转化率为0.8/1×100%=80%；正确答案：80%。

③容器Ⅰ中从正反应开始到达平衡,容器Ⅱ中从逆反应开始到达,平衡建立的途径不相同,无法比较反应速率，A错误；如果两个密闭容器为恒温恒容，两个反应达平衡后为等效平衡，CH4的物质的量分数相同；但是容器Ⅰ反应发生后，由于恒容绝热，反应放热体系温度升高，平衡左移，所以容器Ⅰ甲烷的物质的量分数大于容器Ⅱ中CH4的物质的量分数，B错误；容器Ⅱ中所到达的平衡状态,相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度,平衡向正反应移动,故容器Ⅰ中CO2的物质的量比容器Ⅱ中的多，C正确；温度相同时,容器I中CO 的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和等于1,容器Ⅱ中所到达的平衡状态，相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度,平衡向正反应移动,二氧化碳的转化率比两容器相同温度时容器Ⅱ中CO2的转化率低,故容器Ⅰ中CO 的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和小于1，D正确；正确选项CD。