Question

（13分）研究CO₂的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义。

（1）已知拆开1 mol H₂、1 mol O₂和液态水中1 mol O—H键使之成为气态原子所需的能量分别为436 kJ、496 kJ和462 kJ；CH₃OH(g)的燃烧热为627 kJ·mol^－1。则CO₂(g)＋3H₂(g)＝CH₃OH(g)＋H₂O(l)  ∆H＝   kJ·mol^－1。

（2）将燃煤废气中的CO₂转化为二甲醚的反应原理为：2CO₂(g)＋6H₂(g)CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(l)

①该反应平衡常数表达式K＝          。

②已知在某压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率如图所示。该反应的∆H     0（填“＞”或“＜”）。若温度不变，减小反应投料比[n(H₂)/n(CO₂)]，则K将       （填“增大”、“减小”或“不变”）。

③某温度下，向体积一定的密闭容器中通入CO₂(g)与H₂(g)发生上述反应，当下列物理量不再发生变化时，能表明上述可逆反应达到化学平衡的是       。

A．二氧化碳的浓度           B．容器中的压强

C．气体的密度               D．CH₃OCH₃与H₂O的物质的量之比

（3）向澄清的石灰水中通入CO₂至溶液中的Ca²⁺刚好完全沉淀时，则溶液中c(CO₃^2-)＝        。[已知：K_sp(CaCO₃)=2.8×10^－9]

Answer

（1）－93 （3分）（2）① c(CH3OCH3)/ [c2(CO2)×c6(H2)] （2分）② ＜ （2分）

不变 （1分）③ ABC （3分） （3）2.8×10－4 mol/L （2分）

【解析】

试题分析：（1）已知拆开1 mol H2、1 mol O2和液态水中1 mol O—H键使之成为气态原子所需的能量分别为436 kJ、496 kJ和462 kJ，则生成1mol液态水放出的热量是462kJ×2—436 kJ—496 kJ×1/2＝240kJ，即反应的热化学方程式为①1/2O2(g)＋H2(g)＝H2O(l) ∆H＝—240kJ·mol－1。又因为CH3OH(g)的燃烧热为627 kJ·mol－1，即热化学方程式为②CH3OH(g)＋3/2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l) ∆H＝—627kJ·mol－1，则根据盖斯定律可知①×3—②即得到CO2(g)＋3H2(g)＝CH3OH(g)＋H2O(l) ∆H＝—93kJ·mol－1。

（2）①化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，则根据方程式可判断该反应平衡常数表达式K＝c(CH3OCH3)/ [c2(CO2)×c6(H2)]。

②根据图像可知，在投料比相同的条件下，升高温度CO2的转化率降低，这说明升高温度平衡向逆反应方向进行，因此正反应是放热反应，即反应的∆H＜0。平衡常数只与温度有关系，因此若温度不变，减小反应投料比[n(H2)/n(CO2)]，则K将不变。

③在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。则A．二氧化碳的浓度不再发生变化可以说明反应达到平衡状态，A正确；B．正反应是体积减小的可逆反应，因此当压强不再发生变化时可以说明反应达到平衡状态，B正确；C．密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中容积始终是不变的，当气体的质量是减小的，因此密度是变化的，则当气体的密度不再发生变化时可以说明反应达到平衡状态，C正确；D．根据方程式可知甲醇与水总是按照物质的量之比1：3产生，因此CH3OCH3与H2O的物质的量之比始终是不变，所以不能说明反应达到平衡状态，D错误，答案选ABC。

（3）当溶液中离子的浓度小于1×10—5mol/L时可以认为完全测定，因此向澄清的石灰水中通入CO2至溶液中的Ca2+刚好完全沉淀时溶液中c(CO32-)＝2.8×10－9÷1×10—5＝2.8×10－4mol/L。

考点：考查盖斯定律、外界条件对平衡状态的影响、平衡状态的判断以及溶度积常数计算