Question

為解決大氣中CO₂的含量增大的問題，某科學(xué)家提出“綠色自由”構(gòu)想：把工廠排出的富含CO₂的廢氣經(jīng)凈化吹入碳酸鉀溶液吸收，然后再把CO₂從溶液中提取出來，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)使廢氣中的CO₂轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂霞状迹�“綠色自由”構(gòu)想的部分技術(shù)流程如下：

（1）合成塔中反應(yīng)的化學(xué)方程式為

CO₂+3H₂

一定條件

→CH₃OH+H₂O

；△H＜0．從平衡移動(dòng)原理分析，低溫有利于提高原料氣的平衡轉(zhuǎn)化率．而實(shí)際生產(chǎn)中采用300℃的溫度，除考慮溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響外，還主要考慮了

催化劑的催化活性

．
（2）從合成塔分離出甲醇的原理與下列

C

操作的原理比較相符（填字母）．
A．過濾    B．分液    C．蒸餾    D．結(jié)晶
（3）工業(yè)流程中一定包括“循環(huán)利用”，“循環(huán)利用”是提高效益、節(jié)能環(huán)保的重要措施．“綠色自由”構(gòu)想技術(shù)流程中能夠“循環(huán)利用”的，除K₂CO₃溶液和CO₂、H₂外，還包括

高溫水蒸氣

．
（4）在體積為2L的合成塔中，充入2mol CO₂和6mol H₂，測(cè)得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖所示．從反應(yīng)開始到平衡，v（H₂）=

0.24mol/（L?min）

；能使平衡體系中n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的措施有

增大H₂的用量等

．
（5）如將CO₂與H₂以1：4的體積比混合，在適當(dāng)?shù)臈l件下可制得CH₄．已知CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol，H₂ （g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H₂=-285.8kJ/mol寫出CO₂（g）與H₂（g）反應(yīng)生成CH₄（g）與液態(tài)水的熱化學(xué)方程式

CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)工藝流程可知，合成塔內(nèi)反應(yīng)是氫氣與二氧化碳反應(yīng)生成甲醇和水；
工業(yè)生產(chǎn)條件選擇要考慮轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)速率、對(duì)催化劑的影響、材料、成本等多方面綜合考慮；
（2）從合成塔出來的主要為甲醇與水的混合液，甲醇與水互溶，沸點(diǎn)相差大；
（3）由流程圖可以找出循環(huán)利用的物質(zhì)；
（4）由圖可知，10min達(dá)平衡，根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算v（CH₃OH）反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算氫氣的反應(yīng)速率；
平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，可以增大n（CH₃OH）/n（CO₂）的值；
（5）根據(jù)蓋斯定律構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式．

解答：解：（1）合成塔中的反應(yīng)是二氧化碳和氫氣在一定條件下可生成甲醇和水，其方程式為：CO₂+3H₂

一定條件

CH₃OH+H₂O；
溫度影響催化劑的活性，除考慮溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響外，還主要考慮了催化劑的催化活性，
故答案為：CO₂+3H₂

一定條件

CH₃OH+H₂O；催化劑的催化活性；
（2）分離沸點(diǎn)相差比較大，互溶的液體，可以用蒸餾的方法進(jìn)行分離，故選：C；
（3）由工藝流程可知，可重復(fù)利用的物質(zhì)有K₂CO₃溶液和CO₂、H₂、高溫水蒸氣，故答案為：高溫水蒸氣；
（4）由圖可知，10min達(dá)平衡，平衡時(shí)甲醇的濃度為0.8mol/L，
所以v（CH₃OH）=

0.8mol/L

10min

=0.08mol/（L?min），反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.08mol/（L?min）=0.24mol/（L?min）．
增大H₂的用量、減少生成H₂O 的量等，平衡右移，可以增大n（CH₃OH）/n（CO₂）的值，
故答案為：0.24mol/（L?min）；增大H₂的用量等；
（5）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol，
②H₂ （g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H₂=-285.8kJ/mol，
則CO₂（g）與H₂（g）反應(yīng)生成CH₄（g）與液態(tài)水的熱化學(xué)方程式可
根據(jù)蓋斯定律②×4-①得CO₂（g）+4H₂ （g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+4H₂ （g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol．

點(diǎn)評(píng)：本題通過研究二氧化碳對(duì)環(huán)境的影響，考查學(xué)生分析圖示及書寫方程式的能力、化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算、熱化學(xué)方程式書寫等，解題時(shí)首先要根據(jù)流程圖明確物質(zhì)的制備過程．