Question

中共十九大报告指出，加快水污染防治、实施流域环境和近岸海域综合治理、环境污染的治理是化学工作者研究的重要课题，也是践行“绿水青山就是金山银山”的重要举措。请回答下列问题：

科学研究表明，当前应用最广泛的化石燃料到本世纪中叶将枯竭，解决此危机的有效途径之一便是实现燃料和燃烧产物之间的良性循环(如图甲所示)：

（1）一种常用的方法是在230℃、有催化剂条件下将CO₂和H₂，转化为甲醇蒸汽和水蒸气。图乙是生成1molCH₃OH时的能量变化示意图。已知破坏1mol不同共价键的能量(kJ) 分别如下表：

C-H	C-O	C=O	H-H	H-O
413.4	351	745	436	462.8

①结合上表数据，试写出生成CH₃OH的热化学反应方程式：____________________。

②已知E₂=189.8kJ·mol^-1，则E₁=_______。

（2）将不同量的CO(g) 和H₂O(g) 分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中进行如下反应： CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g) 得到如下表所示三组数据：

实验	温度/℃	起始量	达到平衡
CO/mol	H2O/mol	H2/mol	CO转化率	所需时间/min
1	650	4	2	1.6		6
2	900	3	2			3
3	900

①该反应的△H_______0 (填“<”或“>”)。

②实验2条件下的平衡常数K=_______。

③实验3中，若起始时在容器中加入CO、H₂O、CO₂、H ₂各1mol，则此时v_正_______v_逆 (填“<”“>”或“=”)。

（3）合成甲醇时所需的CO₂ 可以利用Na₂CO₃溶液从工业废气(主要含CO₂) 中捕捉，其原理如图：

现向100mL 0.1mol/L Na₂CO₃溶液中通入112mL (已换算为标准状况) CO₂，假设溶液中没有晶体析出，试回答下列问题：

①该工业废气处理过程中“静电除尘装置”利用了______________________________的原理。

②用离子方程式解释Na₂CO₃溶液呈碱性的原因：_____________________。

③反应后所得溶液中的各离子浓度由大到小的顺序是______________________________。

Answer

CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O △H=-181.6kJ/mol 8.2kJ/mol < < 胶体离子带电性(或胶体的电泳现象) CO32-+ H2OHCO3-+OH- c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)

【解析】(1)①反应热等于反应物总键能减去生成物的总键能，而二氧化碳与氢气反应生成甲醇的反应方程式为：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)，可知该反应的反应热△H=(2×745+3×436-2×462.8-3×413.4-351-462.8)kJ•mol-1=-181.6kJ•mol-1，故答案为：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O △H=-181.6kJ/mol；

②由图可知：△H=E1-E2，所以E1=E2+△H=189.8kJ·mol-1-181.6kJ•mol-1=8.2kJ•mol-1，故答案为：8.2kJ/mol；

(2)①650℃根据方程式可知

                  CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)

起始量(mol) 4          2               0          0

转化量(mol)1.6      1.6             1.6       1.6

平衡量(mol)2.4      0.4             1.6       1.6

因为两的计量数相等，所以反应前后体积不变，可以用物质的量代替浓度计算平衡常数，则该反应的平衡常数为K==；

900℃根据方程式可知

                   CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)

起始量(mol)3           2              0           0

转化量(mol)1          1               1           1

平衡量(mol)2           1               1          1

此时平衡常数K==，而＞，这说明升高温度平衡常数减小，因此升高温度平衡向逆反应方向进行，即正反应是放热反应，则该反应的△H＜0，故答案为：＜；

②根据①的分析可知实验2条件下的平衡常数K=，故答案为： ；

③实验3中，此时Qc==1＞K，反应逆向进行，此时v正＜v逆 ，故答案为：＜；

(3)①胶体离子带有电性，在电场中能够定向移动，故答案为：胶体离子带电性(或胶体的电泳现象)；

②Na2CO3溶液水解生成氢氧化钠，溶液呈碱性，离子方程式为CO32-+ H2OHCO3-+OH-，故答案为：CO32-+ H2OHCO3-+OH-；

(3)①将100mL0.1mol/LNa2CO3的溶液溶质的物质的量为：0.1L×0.1mol/L=0.01mol，112mLCO2的物质的量为：0.005mol，发生反应Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，二者反应碳酸钠过量为0.005mol，同时生成0.01mol的NaHCO3，碳酸根离子的水解程度大于碳酸氢根离子，所以离子浓度大小为：c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(H+)故答案为：c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(H+)。