Question

7．甲醇是一种可再生的绿色能源，CO₂是一种温室气体，它们都是重要的化工原料．
已知：（1）已知CO的燃烧热△H为-283kJ•mol^-1，CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （1）；△H=-129kJ•mol^-1，欲求出CH₃OH的燃烧热，则需要知道一个反应，该反应的热化学方程式为2H₂ （g）+O₂ （g）?2H₂O（l）△H．（反应热直接用△H表示）．
 （2）向温度不同容积均为1L的a、b、c、d、e五个恒容密闭容器中各充入3molCO₂、7molH₂的混合气体，控制适当条件使其同时发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=QkJ•mol^-1，反应过程中维持各容器温度不变，测得t₁时刻各容器中H₂O的体积分数?（H₂O） 如图所示．
①Q＜（填“＞”或“＜”），五个容器中肯定处于非平衡状态的是a、b．
②t₁时刻时，容器a中正反应速率小于 （填“大于”“小于”或“等于”）容器e中正反应速率．
③T_d℃时，该反应的平衡尝试K=4．
④欲提高H₂的转化率，可采取的措施有降低温度或者增大二氧化碳的量或者增大压强（写出两种）．
（3）碳捕捉技术的应用既可降低碳排放也可得到重要的化工产品．
①NaOH溶液是常用的碳捕捉剂，若某次捕捉后得到的溶液中c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1，则所得溶液的pH=10[常温下 K₁（H₂CO₃）=4.4×10^-7、K₂ （HCO₃^-）=5x 1O^-11]．
②在清除锅炉水垢的过程中，需要用Na₂CO₃将水垢中的CaSO₄转化为CaCO₃，将微溶的CaSO₄难溶性的CaCO₃的理由是CaSO₄难溶于酸，而CaCO₃易溶于酸中．

Answer 1

分析 （1）根据CH₃OH燃烧生成二氧化碳和液态水，所以根据盖斯定律还应该有生成二氧化碳和液态水的热化学方程式，因为CO的燃烧热△H为-283kJ•mol^-1，则有生成二氧化碳，还要有生成液态水，则必须涉及氢气燃烧的反应，据此分析；
（2）①a、b、c、d、e五个恒容密闭容器，由图象可知对应温度依次升高，则反应速率也依次增大，由于c中水的体积分数最大，表明t₁时刻d、e已处于平衡状态，a、b肯定没有达到平衡状态，c可能处于平衡状态；因为达到平衡后，升高温度水的体积分数反而减小，说明升高温度平衡向逆反应进行，据此判断；
②t₁时刻时，a、e容器水的体积分数相等，说明a、e容器中反应物浓度相同，则温度越高正反应速率越大；
③根据K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）{\;}^{3}}$结合三组量计算；
④根据欲提高H₂的转化率，即在不改变氢气的量时使平衡正向移动即可；
（3）①某次捕捉后得到的溶液中c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1，则溶液酸碱性主要由CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，K=$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）c（OH{\;}^{-}）}{c（CO{{\;}_{3}}^{2-}）}$
=$\frac{K{\;}_{w}}{K{\;}_{2}（H{\;}_{2}CO{\;}_{3}）}$，据此计算出氢氧根离子浓度，从而求出pH；
②根据CaSO₄难溶于酸难除去，而CaCO₃易溶于酸中易除去分析．

解答 解：（1）欲求出CH₃OH的燃烧热，根据CH₃OH燃烧生成二氧化碳和液态水，所以根据盖斯定律还应该有生成二氧化碳和液态水的热化学方程式，又已知CO的燃烧热△H为-283kJ•mol^-1，即CO （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）?CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1；那还必须有生成液态水的热化学方程式，则需要知道一个H₂ （g）燃烧的热化学方程式，所以该反应的热化学方程式为2H₂ （g）+O₂ （g）?2H₂O（l）△H，故答案为：2H₂ （g）+O₂ （g）?2H₂O（l）△H；
（2）①a、b、c、d、e五个恒容密闭容器，由图象可知对应温度依次升高，则反应速率也依次增大，由于c中水的体积分数最大，表明t₁时刻d、e已处于平衡状态，a、b肯定没有达到平衡状态，c可能处于平衡状态；又因为达到平衡后，升高温度水的体积分数反而减小，说明升高温度平衡向逆反应进行，则正反应为放热反应，即△H＜0，故答案为：＜；a、b；
②t₁时刻时，a、e容器水的体积分数相等，说明a、e容器中反应物浓度相同，又e容器温度大于a，所以容器a中正反应速率小于容器e中正反应速率，故答案为：小于；
③CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
开始  3mol     7mol            0                    0
转化  x           3x               x                    x
平衡3-x        7-3x             x                   x
根据T_d℃时，平衡水的体积分数为$\frac{1}{3}$，所以$\frac{x}{3-x+7-3x+x+x}$=$\frac{1}{3}$，解得x=2，
则根据K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）{\;}^{3}}$=$\frac{2×2}{1×1{\;}^{3}}$=4，故答案为：4；
④根据CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）为体积减小的放热反应，所以欲提高H₂的转化率，可以降低温度或者增大二氧化碳的量或者增大压强，故答案为：降低温度或者增大二氧化碳的量或者增大压强；
（3）①某次捕捉后得到的溶液中c（HCO₃^-）：c（CO₃^2-）=2：1，则溶液酸碱性主要由CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，K=$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）c（OH{\;}^{-}）}{c（CO{{\;}_{3}}^{2-}）}$
=$\frac{K{\;}_{w}}{K{\;}_{2}（H{\;}_{2}CO{\;}_{3}）}$，所以c（OH^-）=$\frac{1×10{\;}^{-14}}{2×5×10{\;}^{-11}}$=10^-4，则pH=-lgc（H⁺）=10，故答案为：10；
②因为CaSO₄难溶于酸难除去，而CaCO₃易溶于酸中易除去，所以在清除锅炉水垢的过程中，需要用Na₂CO₃将水垢中的CaSO₄转化为CaCO₃，故答案为：CaSO₄难溶于酸，而CaCO₃易溶于酸中．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、平衡状态的判断、平衡常数的计算以及离子浓度的计算等知识，本题的难点在于对图中平衡的判断，在达到最高点之前是建立平衡的过程，在最高点之后是受温度影响，平衡移动的过程，题目难度中等．