Question

【题目】为了实现“将全球温度上升幅度控制在2℃以内”的目标，科学家正在研究温室气体CO2的转化和利用。

（1）海洋是地球上碳元素的最大“吸收池”

①溶于海水中的CO2主要以四种无机碳形式存在，分别为CO2、H2CO3、CO32-和_________(填离子符号)。

②在海洋中，可通过如图所示的途径来固碳。则发生光合作用时，CO2与H2O反应生成(CH2O)x和O2的化学方程式为__________________。

（2）有科学家提出可利用FeO来吸收CO2，已知：

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

3FeO(s)+H2O(g)Fe3O4(s)+H2(g) △H=+18.7 kJ·mol-1

则6FeO(s)+CO2(g)2Fe3O4(s)+C(s) △H=_____kJ·mol-1。

（3）以CO2为原料可制备甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，向一恒容密闭容器中充入1moCO2(g)和3molH2(g)，测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间的变化如图所示。

①若A点的正反应速率用v正(CO2)来表示，A点的逆反应速率用v逆(CO2)来表示，则v正(CO2)_______(填“>”“ <”或“=”)v逆(CO2)。

②0～3min内，氢气的平均反应速率v(H2)_______________。

（4）在一定条件下，二氧化碳转化为甲烷：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2 H2O(g)，△H。向一密闭容积正充入一定量的CO2和H2，在300℃时发生上述反应，达到平衡时测得c(CO2)= 0.2 mol·L-1，c(H2) =0.8 mol·L-1，c(H2O)=1.6mol·L-1。则该温度下上述反应的平衡常数K= ________。若200℃时该反应的平衡常数K=64.8，则该反应的△H_____(填“＞’’或“<”)O。

Answer 1

【答案】 HCO3- -76.0 > 0.75mol·L-1·min-1 25 <

【解析】（1）①溶于海水中的CO2主要以四种无机碳形式存在，分别为CO2、H2CO3、CO32-和HCO3-；②发生光合作用时，CO2与H2O在叶绿素和酶的作用下反应生成(CH2O)x和O2，其反应的化学方程式为：；（2）已知：①C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g) △H1=+113.4 kJ·mol-1 ，

②3FeO(s)+H2O(g)Fe3O4(s)+H2(g) △H2=+18.7 kJ·mol-1，根据盖斯定律，由②×2-①可得反应：6FeO(s)+CO2(g)2Fe3O4(s)+C(s) △H=2△H2-△H1=+18.7 kJ·mol-1×2-113.4 kJ·mol-1 = -76.0kJ·mol-1；(3) ①根据图中信息可知，CO2(g)的浓度还在降低，CH3OH(g)的浓度还在增大，反应还在向正方向进行且没达到平衡状态，则v正(CO2) >v逆(CO2)；②0～3min内，CO2的平均反应速率v(CO2)=，化学反应速率之比等于计量数之比，则氢气的平均反应速率v(H2)=3 v(CO2)=×3=0.75mol·L-1·min-1；（4）c(CH4)=c(H2O)=×1.6mol·L-1=0.8 mol·L-1，根据反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2 H2O(g)可得300℃时，平衡常数K===25；若200℃时该反应的平衡常数K=64.8>25，则升高温度，平衡常数减小，则平衡向逆反应方向移动，逆反应方向为吸热反应，正反应方向为放热反应，△H<0。