Question

生石灰是常用的建筑材料，常采用煅烧石灰石来制取。体积为1L的真空密闭容器中加入0.5moL碳酸钙，发生的反应CaCO₃(s)CaO(s)+CO₂(g)△H ，测得二氧化碳的物质的量浓度随温度变化关系如图所示。

图A表示CO₂的平衡浓度随温度变化的关系曲线

图B表示不同温度下反应经过相同时间时CO₂的物质的量浓度的变化曲线

回答下列相关问题：

（1）CaCO₃(s)CaO(s)+CO₂(g) △H ____ 0（填>，<或=）。

（2）在T₅℃下，维持温度和容器体积不变，向上述平衡体系再充入0.5moL氮气，则最后的平衡时容器中的碳酸钙质量为____克；若在T₅℃下，维持温度和总压强不变，向原平衡体系再充入0.5moL氮气，则容器中最后残留的碳酸钙质量为____克。

（3）请说明随着温度升高，曲线B向曲线A逼近的原因____

（4）以CaO为吸收体，将生物材质（以C计）与水蒸气反应制取H₂。

相关主要反应如下：

I. C(s) + H₂O(g)CO(g) + H₂(g) △H = + 131. 6 kJ·mol^－1

II. CO(g) + H₂O(g)CO₂(g) + H₂(g) △H = -43 kJ·mol^－1

III. CaO(s)+CO₂(g)CaCO₃(s)    △H = -178. 3 kJ·mol^－1

①计算反应Ⅳ C(s) + 2H₂O(g) + CaO(s)CaCO₃(s) + 2H₂ (g)的△H =____kJ·mol^－1。

若K₁、K₂、K₃分别为反应I、II、III的平衡常数，则反应Ⅳ的平衡常数K=____

(用含K₁、K₂、K₃的式子表示）。

②对于可逆反应 C(s)+2H₂O(g)+CaO(s)CaCO₃(s) + 2H₂(g)，采取以下措施可以提高H₂产率的是____。（填字母编号）

A. 适当的降低体系的温度                  B. 压缩容器的体积

C. 用镧镍合金(LaNi₅)吸收氢气            D. 增加CaO的量

（5）将碳酸钙固体与CO₂饱和水溶液充分接触，某温度下CO₂饱和水溶液中H₂CO₃的浓度0.03moL·L^－1,水的pH约等于6，这种情况下钙离子最大浓度为____moL·L^－1 。(计算结果保留两位有效数字）（CaCO₃的K_SP=2.8×10^－9，碳酸K₁=4.3×10^－7  K₂=4.7×10^－11）

Answer

> 30 0 温度升高，反应速率加快，达到平衡所需时间缩短 －89.7 kJ·mol—1 K1·K2·K3 AC 0.0046（0.0047也正确）

【解析】（1）根据图像，二氧化碳的物质的量浓度随温度升高而升高，平衡向右移动，该反应正向即为吸热反应，故△H > 0；

（2）体积为1L的真空密闭容器中加入0.5moL碳酸钙，发生的反应CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)，T5℃下，n（CO2）=0.2mol，故碳酸钙还有0.3mol，向上述平衡体系再充入0.5moL氮气，平衡不移动，故碳酸钙质量为30g；T5℃下，该反应的K=c（CO2）=0.2，维持温度和总压强不变，向原平衡体系再充入0.5moL氮气，此时容器体积变成3.5L，平衡向右移动，因为K不变，所以新的平衡时c（CO2）=0.2mol/L，假设体积仍是3.5L（实际上会更大），新的平衡时n（CO2）=0.7mol，而CO2最多为0.5mol，故该反应几乎进行完全，最后碳酸钙质量为0g；

（3）图B表示不同温度下反应经过相同时间时CO2的物质的量浓度的变化曲线，前面一直在A下面，说明反应时间较短，温度升高，反应速率加快，达到平衡所需时间缩短，故曲线B向曲线A逼近；

（4）①根据盖斯定律，Ⅳ应为：I+II+III=Ⅳ，故△H= + 131. 6 -43-178. 3=－89.7 kJ·mol—1；方程式相加，则平衡常数相乘，故反应Ⅳ的平衡常数K= K1·K2·K3；

②A.该反应为放热反应，降低温度，平衡右移，H2产率增大，故A正确；B、压缩体积，平衡不移动，B错误；C、用镧镍合金(LaNi5)吸收氢气，平衡右移，H2产率增大，故C正确；D、增加固体的量，平衡不移动，故D错误；故选AC；

（5）c（HCO3-）= c（CO32-）= c（Ca2+）=