对CO2的综合利用可以实现经济社会发展和生态环境保护双赢,对促进低碳社会的构建具有重要意义。回答下列问题:(1...
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对CO2的综合利用可以实现经济社会发展和生态环境保护双赢,对促进低碳社会的构建具有重要意义。回答下列问题:
(1)已知:①C的燃烧热为393.5kJ·mol-1
②H2的燃烧热为286kJ•mol-1
③H2O(g)=H2O(l) △H=-44.0kJ•mol-1
则CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)△H=___kJ•mol-1。
(2)CO2合成*醇是碳减排的一种重要方法,向1L恒容密闭容器中加入1molCO2、amolH2,在适当的催化剂作用下,发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-48.7kJ•mol-1。平衡时混合气体中CH3OH的体积分数与*气的物质的量关系如图1所示。
①有利于该反应自发进行的条件是___(填“低温高压”“高温低压”或“低温低压”)。
②图1中 A、B、C三点对应的体系,CO2的平衡转化率最大的是___(填字母),判断依据是___。
(3)利用 CO2催化加*制乙烯,反应为 2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H。
在1L恒容密闭容器中,均加入1molCO2、3molH2,分别选用两种催化剂,反应进行相同时间后,测得CO2转化率[α(CO2)]随反应温度的变化如图2所示。
①使用催化剂Ⅰ时反应的活化能___(填“高于”或“低于”)使用催化剂Ⅱ。
②c、d两点的平衡常数大小关系为:Kc___Kd(填“<”“>”或“=”),判断依据是___。
(4)常温下,可利用碱*溶液吸收CO2。用100mL0.3mol·L-1Na2CO3溶液完全吸收0.88gCO2气体(忽略溶液体积变化)。所得溶液中:c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3)=___mol•L-1。
【回答】
(1). -90.5 (2). 低温高压 (3). C (4). 在恒容密闭容器中,CO2的浓度不变,增大H2的浓度,平衡正向移动,CO2的转化率增大 (5). 低于 (6). > (7). 平衡后,随着温度升高,CO2的转化率降低,正反应放热,K随温度升高而减小 (8). 0.5
【解析】
(1)C(s)、H2(g)的燃烧热分别是393.5kJ•mol-1 、285.8kJ•mol-1 ,则:①C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.5kJ•mol-1,②H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ•mol-1,③H2O(l)═H2O(g)△H2=+44.0kJ•mol-1,根据盖斯定律,②×2-①+③×2可得CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g),由此计算△H;
(2)①自发进行的判断依据是△H-T△S<0,该反应△H<0、△S<0;
②*气的物质的量越多,二氧化碳的转化率越大;
(3)利用 CO2催化加*制乙烯,反应为 2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H。
在1L恒容密闭容器中,均加入1molCO2、3molH2,分别选用两种催化剂,反应进行相同时间后,测得CO2转化率[α(CO2)]随反应温度的变化如图2所示。
①使用催化剂Ⅰ时反应速率比使用使用催化剂Ⅱ快;
②根据温度对平衡的移动判断平衡常数的变化;
(4)根据碳元素的物料守恒分析可得。
【详解】(1)C(s)、H2(g)的燃烧热分别是393.5kJ•mol-1 、286kJ•mol-1 ,则:①C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-393.5kJ•mol-1,②H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ•mol-1,③H2O(l)═H2O(g)△H2=+44.0kJ•mol-1,根据盖斯定律,②×2-①+③×2可得CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g),由此计算△H=(-286kJ•mol-1)×2-(-393.5kJ•mol-1)+(+44.0kJ•mol-1)×2=-90.5kJ•mol-1。
(2)①自发进行的判断依据是△H-T△S<0,该反应△H<0、△S<0,要使该反应自发进行,应该是低温自发;
②*气物质的量越多,平衡正向移动,二氧化碳的转化率越大,所以二氧化碳转化率最大的是C点,故*为C;
(3)利用 CO2催化加*制乙烯,反应为 2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H。
在1L恒容密闭容器中,均加入1molCO2、3molH2,分别选用两种催化剂,反应进行相同时间后,测得CO2转化率[α(CO2)]随反应温度的变化如图2所示。
①由图示知,使用催化剂Ⅰ时反应速率比使用使用催化剂Ⅱ快,则使用催化剂Ⅰ时反应的活化能低于使用催化剂Ⅱ;
②由图示可知平衡后,随着温度升高,CO2的转化率降低,正反应放热,K随温度升高而减小,则c、d两点的平衡常数大小关系为:Kc>Kd;
(4)0.88gCO2的物质的量为=0.02mol,用100mL0.3mol∕LNa2CO3溶液吸收0.02mol的CO2气体,所得溶液中的碳元素的物质的量为:0.1L×0.3mol/L+0.02mol=0.05mol,则碳元素的浓度为0.5mol/L,根据碳元素的物料守恒,则所得溶液中:c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3)=0.5mol/L。
【点睛】考查利用盖斯定律计算反应热,熟悉已知反应与目标反应的关系是解答本题的关键;应用盖斯定律进行简单计算的基本方法是参照新的热化学方程式(目标热化学方程式),结合原热化学方程式(一般2~3个)进行合理“变形”,如热化学方程式颠倒、乘除以某一个数,然后将它们相加、减,得到目标热化学方程式,求出目标热化学方程式的ΔH与原热化学方程式之间ΔH的换算关系。
知识点:化学反应速率 化学平衡
题型:综合题
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