Question

【題目】CO2是目前大氣中含量最高的一種溫室氣體，CO2的綜合利用是解決溫室問題的有效途徑。

（1）研究表明CO2和H2在催化劑存在下可發生反應生成CH3OH。已知部分反應的熱化學方程式如下：

CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O（1）△H1=－726.5kJmol-1

H2(g)+O2(g)=H2O（1）△H2=－285.8kJmol-1

H2O(g)=H2O(l) △H3=－44kJmol-1

則CO2與H2反應生成氣態CH3OH和水蒸氣的熱化學方程式為__。

（2）為研究CO2與CO之間的轉化，讓一定量的CO2與足量碳在體積可變的密閉容器中反應：C(s)＋CO2(g)2CO(g) △H，反應達平衡后，測得壓強、溫度對CO的體積分數(φ(CO)%)的影響如圖所示。回答下列問題：

①壓強p1__1.0MPa（填>、=或<）。

②900℃、1.0MPa時，足量碳與amolCO2反應達平衡后，CO2的轉化率為__，該反應的平衡常數Kp=__（保留小數點后一位數字）（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數）。

（3）①以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉化成乙酸，CO2(g)+CH4(g)CH3COOH(g)。為了提高該反應中CO2的轉化率，可以采取的措施是___（寫一條即可）。

②在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖所示。250～300℃時，乙酸的生成速率降低的主要原因是__；300～400℃時，乙酸的生成速率升高的主要原因是__。

（4）將1.0×10-3mol/LCoSO4與1.2×10-3mol/L的Na2CO3等體積混合，此時溶液中的Co2+的濃度為___mol/L。（已知：CoCO3的溶度積為：Ksp=1.0×10-13）

Answer 1

【答案】CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-86.9kJmol-1 ＜ 66.7% 3.2MPa 增大反應體系壓強或增大CH4的濃度或將乙酸液化分離出來 催化劑的催化效率降低 溫度升高，化學反應速率加快 1.0×10-9

【解析】

(1)根根據蓋斯定律進行計算；

(2)同溫下，可逆反應正方向為氣體體積增大的反應，根據勒夏特列原理，壓強小的一氧化碳體積分數大；

(3)根據有效碰撞理論和勒夏特列原理進行回答；

(4)根據溶度積公式進行計算。

(1)CO2與H2反應生成氣態CH3OH和水蒸氣的熱化學方程式為CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H= -△H1+3△H2-△H3=-86.9kJmol-1。

(2)①同溫下，p1壓強下的一氧化碳體積分數大，可逆反應正方向為氣體體積增大的反應，根據勒夏特列原理，壓強p1<1.0MPa。

②由圖可知，900℃、1.0MPa時，足量碳與amolCO2反應達平衡后，一氧化碳的體積分數為80%，設反應消耗了二氧化碳的物質的量為xmol，列三段式：

C(s)＋CO2(g)2CO(g)

反應前 amol 0

變化量 xmol 2xmol

反應后 （a-x）mol 2xmol

同溫同壓下，體積之比與物質的量之比相等，一氧化碳的體積分數=，即x=mol，CO2的轉化率為，該反應的平衡常數Kp= ；

(3)①可逆反應為CO2(g)+CH4(g)CH3COOH(g)，根據有效碰撞原理，為了提高該反應中CO2的轉化率，可以采取的措施是增大反應體系壓強或增大CH4的濃度或將乙酸液化分離出來。

②在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖，250～300℃時，乙酸的生成速率降低的主要原因是催化劑的催化效率降低；300～400℃時，乙酸的生成速率升高的主要原因是溫度升高，化學反應速率加快。

(4)CoCO3的溶度積Ksp=1.0×10-13=，將1.0×10-3mol/LCoSO4與1.2×10-3mol/L的Na2CO3等體積混合，碳酸根過量，此時碳酸根的濃度為，即此時溶液中的Co2+的濃度為。