Question

研究表明:丰富的CO₂可以作为新碳源，解决当前应用最广泛的碳源(石油和天然气)枯竭危机，同时又可缓解由CO₂累积所产生的温室效应，实现CO₂的良性循环。

(1)目前工业上有一种方法是用CO₂加氢合成低碳烯烃。现以合成乙烯(C₂H₄)为例、该过程分两步进行:

第一步:CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+ H₂O(g)     △H =+41.3kJ·mol^-1

第二步:2CO(g)+ 4H₂(g)C₂H₄(g) +2H₂O(g)    △H =-210.5kJ·mol^-1

①CO₂加氢合成乙烯的热化学方程式为_____________________________。

②一定条件下的密闭容器中，上述反应达到平衡后，要加快反应速率并提高CO₂的转化率，可以采取的措施是______(填字母)。

A.减小压强      B.增大H₂ 浓度     C.加入适当催化剂    D.分离出水蒸气

(2)另一种方法是将CO₂和H₂在230℃催化剂条件下生成甲醇蒸气和水蒸气。现在10L恒容密闭容器中投入1molCO₂和2.75 mol H₂，发生反应:CO₂(g)+ 3H₂(g) CH₃OH(g)+H₂O(g)。在不同条件下测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如图所示:

①能判断该反应达到化学平衡状态的是_______(填字母)。

a.c(H₂):c(CH₃OH)=3:1           b.容器内氢气的体积分数不再改变

C.容器内气体的密度不再改变    d.容器内压强不再改变

②上述反应的△H______0(填“>”或“<”)，图中压强p₁____p₂(填“>”或“<”)。

③经测定知Q点时容器的压强是反应前压强的9/10，则Q点H₂的转化率为____________。

④N点时，该反应的平衡常数K=______(计算结果保留两位小数)。

(3)用生石灰吸收CO₂可生成难溶电解质CaCO₃，其溶度积常数K_sp=2.8×10^-9。现有一物质的量浓度为2×10^-4mol/L纯碱溶液，将其与等体积的CaCl₂溶液混合，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为___mol/L。

Answer

2CO2+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g) △H= -127.9 kJ/mol B bd < > 20.5% 1.04 5.6×10-5

【解析】

（1）①根据两个反应方程式，消去CO，整理并计算反应的△H，正确答案：

2CO2+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g) △H= -127.9 kJ/mol。

②减小压强，各物质的浓度减少，平衡左移，CO2的转化率降低，反应速率减慢，A错误；增大H2浓度，平衡右移，浓度增大，速率加快，CO2的转化率增大，B正确；加入适当催化剂，能够加快反应速率，但是平衡不动，CO2的转化率不变，C错误；分离出水蒸气，减少生成物浓度，速率减慢，但是平衡右移，CO2的转化率增大，D错误；正确选项B。

(2)①c(H2):c(CH3OH)=3:1 这仅仅是是反应的过程中一种情况，无法判定反应是否达平衡状态，a错误；容器内氢气的体积分数不再改变，可以判断反应达平衡状态，b正确；反应前后气体的总质量不变，容器的体积恒定，容器内气体的密度恒为定值，无法判定反应达到化学平衡状态，C错误；该反应为气体的总量减少的反应，当容器气体的总量不再发生变化，容器内的压强也不再改变，可以判定反应达到化学平衡状态，d正确；正确选项：bd。

②从图像看出，温度升高，n（CH3OH）减少，平衡左移，该反应正反应为放热反应，△H<0；当温度不发生改变，压强由p2→p1，增大压强平衡右移，n（CH3OH）增大，所以压强p1>p2，正确答案：< ； >。

③设二氧化碳的消耗量为xmol,根据方程式进行计算如下:

CO2(g)+ 3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。

起始量 1 2.75 0 0

变化量 x 3x x x

平衡量 1- x 2.75-3x x x

反应后气体总量为1-x+2.75-3x+x+x=（3.75-2x）mol，反应前气体总量为1+2.75=3.75 mol，根据压强比等于物质的量之比：（3.75-2x）/3.75=9/10, x=0.1875 mol, Q点H2的转化率为3×0.1875÷2.75×100%= 20.5%，正确答案：20.5%。

④ 10L恒容密闭容器中投入1molCO2和2.75 mol,反应进行到506℃，达平衡状态，对应M点时，甲醇的量为0.25mol，进行如下计算：

CO2(g)+ 3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。

起始量 1 2.75 0 0

变化量 0.25 0.75 0.25 0.25

平衡量 0.75 2 0.25 0.25

各物质浓度分别为c(CO2)= 0.075 mol/L, c(H2)= 0.2 mol/L , c(CH3OH)= c(H2O)= 0.025 mol/L, 该反应的平衡常数K=(0.025)2/(0.23×0.075)= 1.04 ；由于N 和M处于同一温度下的不同曲线上两点，所以平衡常数相同，正确答案：1.04。

(3)设CaCl2溶液的最小浓度为为cmol/L,两溶液等体混合，溶液的浓度均减半，带入溶度积常数Ksp的计算公式：Ksp= c(Ca2+)c(CO32-)=(c÷2)×(2×10-4÷2)= 2.8×10-9,解之，c=5.6×10-5 mol/L；正确答案：5.6×10-5。