Question

研究CO₂、CO是处理方法对环境保护用重要意义。

(1)已知：①CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)    △H=+41kJ·mol^-1

②C(g)+2H₂(g)CH₄(g)                     △H=-73kJ·mol^-1

③2CO(g)C(g)+CO₂(g)                    △H=-171kJ·mol^-1

则CO₂(g)+4H₂(g)CH₄(g)+2H₂O(g)    △H=__________。

(2)CO₂与H₂反应可合成甲醇：CO₂(g)+3H₂(g)CH₄(g)+H₂O(g)

某温度下，将1molCO₂和3molH₂充入探究不变的2L密闭容器中，发生上述反应。测得不同时刻的反应前后压强关系如下：

时间(h)	1	2	3	4	5	6
P后/p前	0.90	0.85	0.82	0.81	0.80	0.80

①用CO₂表示第1小时反应的平均速率v(CO₂)=_______mol·L^-1·h^-1。

②该温度下的H₂平衡转化率为______________。

(3)CO₂与NH₃反应可合成尿素：CO₂(g)+2NH₃(g)CO(NH₂)₂(s)+H₂O(g)

在T₁℃时，将1molCO₂和2molNH₃置于1L密闭容器中，发生上述反应，在t时刻，测得容器中CO₂转化率约为73%。保护其他初始实验条件不变，分别在温度为T₂℃、T₃℃、T₄℃、T₅℃时，重复上述实验，经过相同时间测得CO₂转化率并绘制变化曲线如图所示：

①该反应的△H______0(填“>”或“<”)

②T₄℃时该反应的平衡常数K=___________。

③在T₁℃～T₃℃之间，CO₂转化率逐渐增大，其原因是____________________。

(4)工业上常用高浓度的K₂CO₃溶液吸收CO₂，得溶液X，再利用电解法使K₂CO₃溶液再生，其装置示意图如图所示

①阳极区产生CO₂的原因是______________(用离子方程式表示)。

②利用平衡移动原理，简述CO₃^2-在阴极区再生的原因_____________。

Answer

-162kJ·mol-1 0.1 40% < 12(mol·L-1)-2 在T1℃~T3℃之间反应未达到平衡状态，且v(正)>v(逆)，温度越高，CO2转化率越大（合理即可） H++HCO3-=H2O+CO2↑ HCO3-存在电离平衡：HCO3-H++CO32-，阴极H+放电浓度减小平衡右移， CO32-再生；或阴极H+放电OH-浓度增大，OH-与HCO3-反应生成CO32- ，CO32-再生。（合理即可）

【解析】(1)已知：①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H=+41kJ·mol-1

②C(g)+2H2(g)CH4(g) △H=-73kJ·mol-1

③2CO(g)C(g)+CO2(g) △H=-171kJ·mol-1

根据盖斯定律①×2+②+③即得到CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) △H=-162kJ·mol-1。

(2) CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始量（mol） 1 3 0 0

转化量（mol） x 3x x x

平衡量（mol） 1－x 3－3x x x

①1h后有 ，解得x＝0.2，所以用CO2表示第1小时反应的平均速率v(CO2)＝＝0.1mol·L-1·h-1。②平衡时有，解得x＝0.4，所以该温度下的H2平衡转化率为3x/3×100%＝40%。

(3)①转化率达到最大值后升高温度转化率降低，这说明正反应是放热反应，即该反应的△H＜0；②T4℃时CO2转化率是0.75，则

2NH3(g) +CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g)

起始量（mol） 2 1 0 0

变化量（mol）0.75×2 0.75 0.75 0.75

平衡量（mol）0.5 0.25 0.75 0.75

平衡常数K=

③由于在T1℃~T3℃之间反应未达到平衡状态，且v(正)>v(逆)，温度越高，CO2转化率越大

(4)①阳极区氢氧根放电，产生氢离子，氢离子和碳酸氢根反应生成CO2，方程式为H++HCO3-=H2O+CO2↑。②溶液中HCO3-存在电离平衡：HCO3-H++CO32-，阴极H+放电浓度减小平衡右移，CO32-再生；或阴极H+放电OH-浓度增大，OH-与HCO3-反应生成CO32-，CO32-再生。