Question

【題目】中共十九大報告指出，加快水污染防治、實施流域環境和近岸海域綜合治理、環境污染的治理是化學工作者研究的重要課題，也是踐行“綠水青山就是金山銀山”的重要舉措。請回答下列問題：

科學研究表明，當前應用最廣泛的化石燃料到本世紀中葉將枯竭，解決此危機的有效途徑之一便是實現燃料和燃燒產物之間的良性循環(如圖甲所示)：

（1）一種常用的方法是在230℃、有催化劑條件下將CO2和H2，轉化為甲醇蒸汽和水蒸氣。圖乙是生成1molCH3OH時的能量變化示意圖。已知破壞1mol不同共價鍵的能量(kJ) 分別如下表：

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

①結合上表數據，試寫出生成CH3OH的熱化學反應方程式：____________________。

②已知E2=189.8kJ·mol-1，則E1=_______。

（2）將不同量的CO(g) 和H2O(g) 分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中進行如下反應： CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) 得到如下表所示三組數據：

實驗	溫度/℃	起始量		達到平衡
		CO/mol	H2O/mol	H2/mol	CO轉化率	所需時間/min
1	650	4	2	1.6		6
2	900	3	2			3
3	900

①該反應的△H_______0 (填“<”或“>”)。

②實驗2條件下的平衡常數K=_______。

③實驗3中，若起始時在容器中加入CO、H2O、CO2、H 2各1mol，則此時v正_______v逆 (填“<”“>”或“=”)。

（3）合成甲醇時所需的CO2 可以利用Na2CO3溶液從工業廢氣(主要含CO2) 中捕捉，其原理如圖：

現向100mL 0.1mol/L Na2CO3溶液中通入112mL (已換算為標準狀況) CO2，假設溶液中沒有晶體析出，試回答下列問題：

①該工業廢氣處理過程中“靜電除塵裝置”利用了______________________________的原理。

②用離子方程式解釋Na2CO3溶液呈堿性的原因：_____________________。

③反應后所得溶液中的各離子濃度由大到小的順序是______________________________。

Answer 1

【答案】 CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O△H=-181.6kJ/mol 8.2kJ/mol < < 膠體離子帶電性(或膠體的電泳現象) CO32-+H2OHCO3-+OH- c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)

【解析】(1)①反應熱等于反應物總鍵能減去生成物的總鍵能，而二氧化碳與氫氣反應生成甲醇的反應方程式為：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)，可知該反應的反應熱△H=(2×745+3×436-2×462.8-3×413.4-351-462.8)kJmol-1=-181.6kJmol-1，故答案為：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O△H=-181.6kJ/mol；

②由圖可知：△H=E1-E2，所以E1=E2+△H=189.8kJ·mol-1-181.6kJmol-1=8.2kJmol-1，故答案為：8.2kJ/mol；

(2)①650℃根據方程式可知

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

起始量(mol) 4 2 0 0

轉化量(mol)1.6 1.6 1.6 1.6

平衡量(mol)2.4 0.4 1.6 1.6

因為兩的計量數相等，所以反應前后體積不變，可以用物質的量代替濃度計算平衡常數，則該反應的平衡常數為K==；

900℃根據方程式可知

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

起始量(mol)3 2 0 0

轉化量(mol)1 11 1

平衡量(mol)21 1 1

此時平衡常數K==，而＞，這說明升高溫度平衡常數減小，因此升高溫度平衡向逆反應方向進行，即正反應是放熱反應，則該反應的△H＜0，故答案為：＜；

②根據①的分析可知實驗2條件下的平衡常數K=，故答案為： ；

③實驗3中，此時Qc==1＞K，反應逆向進行，此時v正＜v逆，故答案為：＜；

(3)①膠體離子帶有電性，在電場中能夠定向移動，故答案為：膠體離子帶電性(或膠體的電泳現象)；

②Na2CO3溶液水解生成氫氧化鈉，溶液呈堿性，離子方程式為CO32-+H2OHCO3-+OH-，故答案為：CO32-+H2OHCO3-+OH-；

(3)①將100mL0.1mol/LNa2CO3的溶液溶質的物質的量為：0.1L×0.1mol/L=0.01mol，112mLCO2的物質的量為：0.005mol，發生反應Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，二者反應碳酸鈉過量為0.005mol，同時生成0.01mol的NaHCO3，碳酸根離子的水解程度大于碳酸氫根離子，所以離子濃度大小為：c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(H+)故答案為：c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(H+)。