Question

2016年9月3日，二十国集团领导人杭州峰会之前，中国政府率先签署了《巴黎协定》并向联合国交存批准文书，体现中国为应对全球气候变化做出了重要贡献。为减少CO₂对环境造成影响，有科学家提出设想，先把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO₂从溶液中提取出来，并使之变为可再生燃料甲醇，流程如下：

(1)写出分解池中反应的化学方程式___________________。

(2)在合成塔中，当有8.8gCO₂与足量H₂完全反应，可放出9.84×l0³kJ的能量，写出合成塔中反应的热化学方程式______________________。

(3)在体积为l L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂在300℃下发生反应，有关物质的浓度随时间变化如下图所示。

①从反应开始到平衡，H₂的平均反应速率v(H2)=_______ _____。

②其他条件不变，只将温度提高到500℃，再次平衡时n(CH₃OH)/n(CO₂)比值___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

③从平衡移动原理分析，低温有利于提高原料气的转化率，而实际生产中采用300℃的温度，原因是_______________。

(4)目前，由CO₂来合成二甲醚已取得了较大的进展，其化学反应是：

2CO₂(g)+6H₂(g)CH₃OCH₃(g)+3H₂O(g)   △H＞0。

判断该反应在一定条件下，体积恒定的密闭容器中是否达到化学平衡状态的依据是_________。

a．容器中密度不变

b．单位时间内消耗2molCO2，同时消耗1mol二甲醚

c．v(CO₂)：v(H₂)=1：3

d．容器内压强保持不变

Answer

(1)2KHCO3K2CO3+H2O+CO2↑

(2)CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.2kJ/mol

(3)①0.225mol/(L·min);②减小③考虑反应快慢(或者催化剂活性)

(4)bd

【解析】

试题分析：(1)二氧化碳和饱和的碳酸钾溶液反应生成碳酸氢钾，碳酸氢钾不稳定，加热时分解生成碳酸钾、二氧化碳和水，所以方程式为2KHCO3K2CO3+H2O+CO2↑，故答案为：2KHCO3K2CO3+H2O+CO2↑；

(2)8.8gCO2与足量H2完全反应，可放出9.84×l03kJ的能量，所以1mol二氧化碳和足量氢气反应放出49.47KJ热量，所以其热化学反应方程式为CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.2KJ/mol，故答案为：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.2KJ/mol；

(3)①图象分析，甲醇表示的反应速率==0.075mol/L•min；依据化学方程式CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)计算得到氢气表示的反应速率=0.075mol/L•min×3=0.225 mol/(L•min)，故答案为：0.225 mol/(L•min)；

②反应是放热反应，若其它条件不变，只将温度提高到800℃，平衡逆向进行，再次达平衡时n(CH3OH)/n(CO2)比值减小；故答案为：减小；

③低温有利于提高原料气的转化率，而实际生产中采用300℃的温度，原因是适当提高温度可以加快反应速率，并且在300℃催化剂活性最高，故答案为：考虑反应快慢(或者催化剂活性)；

(4)a．恒容容器中，体积不变，据质量守恒定律，反应前后气体质量不变，密度始终不变，所以容器中密度不变不能说明反应达到平衡状态，故a错误；b．单位时间内消耗2molCO2，同时消耗1mol二甲醚，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故b正确；c．v(CO2)：v(H2)的比值，无论正向进行、逆向进行还是平衡时正逆向进行，始终与化学计量数相同为1：3，所以v(CO2)：v(H2)=1：3不能说明正逆反应速率相等，不能证明反应达到平衡状态，故c错误；d．该反应反应前后气体体积本题，所以容器内压强保持不变，说明各组分浓度不变，反应达到平衡状态，故d正确；故答案为： bd。

【考点定位】考查化学平衡状态的判断、化学平衡的影响因素

【名师点晴】本题考查了工业制备物质的原理应用、化学平衡状态的判断，热化学方程式的书写方法和注意问题，化学反应速率计算和平衡影响因素的理解。可逆反应达到平衡状态有两个核心的判断依据：①正反应速率和逆反应速率相等。②反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。只要抓住这两个特征就可确定反应是否达到平衡状态，对于随反应的发生而发生变化的物理量如果不变了，即说明可逆反应达到了平衡状态。判断化学反应是否达到平衡状态，关键是看给定的条件能否推出参与反应的任一物质的物质的量不再发生变化，即变量不再发生变化。