Question

【題目】對(duì)溫室氣體二氧化碳的研究一直是科技界關(guān)注的重點(diǎn)。

I．在催化劑存在下用H2還原CO2是解決溫室效應(yīng)的重要手段之一，相關(guān)反應(yīng)如下：

主反應(yīng)：CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g) △H1①

副反應(yīng)：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) △H2=+41.2kJ/mol

已知H2和CH4的燃燒熱分別為-285.5kJ·mol-1和-890.0kJ·mol-1

H2O(l)=H2O(g) △H=＋44 kJ·mol-1

（1）△H1=______kJ·mo l-1。

（2）有利于提高CH4平衡產(chǎn)率的反應(yīng)條件是（至少寫兩條）_________。工業(yè)上提高甲烷反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是_____________。

（3）T℃時(shí)，若在體積恒為2L的密閉容器中同時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)，將物質(zhì)的量之和為5mol的H2和CO2以不同的投料比進(jìn)行反應(yīng)，結(jié)果如圖所示。若a、b表示反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，則表示H2轉(zhuǎn)化率的是______，c、d分別表示CH4(g)和CO(g)的體積分?jǐn)?shù)，由圖可知=______時(shí)，甲烷產(chǎn)率最高。若該條件下CO的產(chǎn)率趨于0，則T℃時(shí)①的平衡常數(shù)K=________。

II.溶于海水的CO295%以HCO3-形式存在。在海洋中，通過如下左圖鈣化作用實(shí)現(xiàn)碳自凈。

（4）寫出寫出鈣化作用的離子方程式____________。

（5）電解完成后，a室的pH值______（“變大”、“變小”或“幾乎不變”)；其間b室發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為____________。

Answer 1

【答案】 -164.0 降低溫度，增大壓強(qiáng) 催化劑 b 4 100 2HCO3-+Ca2+=CaCO3↓+CO2↑+H2O 幾乎不變 H++ HCO3-= CO2↑+H2O

【解析】I．根據(jù)已知有： CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) △H2=+41.2kJ/mol

③2H2+ O2(g)= 2H2O(l) △H3=-571.0kJ·mol-1

④CH4+ 2O2(g)= CO2(g)+ 2H2O(l) △H4=-890.0kJ·mol-1

⑤H2O(l)=H2O(g) △H5=＋44 kJ·mol-1

根據(jù)蓋斯定律，由①=③×2-④+⑤×2，則CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g) △H1 =2△H3-△H4+2△H5=-164.0 kJ·mol-1；（2）反應(yīng)CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)是正方向?yàn)闅怏w體積縮小的放熱反應(yīng)，降低溫度和增大壓強(qiáng)都有利于反應(yīng)正向移動(dòng)，提高CH4平衡產(chǎn)率；工業(yè)上提高甲烷反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是催化劑；（3）隨著比值的增大，氫氣的轉(zhuǎn)化率降低，則表示H2轉(zhuǎn)化率的是b；隨著比值的增大，氫氣的量增多，一氧化碳的量減少，甲烷的量增加，故c為CH4(g) 的體積分?jǐn)?shù)，由圖可知=4時(shí)，甲烷產(chǎn)率最高。若該條件下CO的產(chǎn)率趨于0，則=4，開始物質(zhì)的量之和為5mol的H2和CO2分別為4mol和1mol，平衡轉(zhuǎn)化率為80%，則平衡時(shí)各物質(zhì)的量濃度為：

CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)

開始時(shí)濃度/mol/L 0.5 2 0 0

改變的濃度/mol/L 0.4 1.6 0.4 0.8

平衡時(shí)濃度/mol/L 0.1 0.4 0.4 0.8

K==100；

II. （4）根據(jù)圖中信息可知，鈣化作用是碳酸氫鈣轉(zhuǎn)化為碳酸鈣、二氧化碳和水，其反應(yīng)的離子方程式為：2HCO3-+Ca2+=CaCO3↓+CO2↑+H2O；（5）電解完成后，a室氫氧根離子得電子產(chǎn)生氧氣，而氫離子進(jìn)入b室，pH值幾乎不變；其間b室發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：H++ HCO3-= CO2↑+H2O。