Question

二氧化碳是常见的温室气体，其回收利用是环保领域研究的热点课题。回答下列问题：

（1）Li₄SiO₄可用于富集CO₂，原理是在500℃ ，低浓度CO₂与Li₄SiO₄接触后反应生成两种锂盐；平衡后加热至700℃，反应逆向进行，放出高浓度CO₂，Li₄SiO₄再生，700℃时反应的化学方程式为________。

（2）CO₂加氢合成低碳烯烃的技术在节能减排等方面具有重要意义。以合成C₂H₄为例，该转化分为两步进行：

第一步：CO₂(g)＋H₂(g)=CO(g)+H₂O(g)  △H=+41.3kJ·mol^-1

第二步，2COg(g)＋4H₂(g)=C₂H₄(g)+ 2H₂O(g)  △H=-210.5kJ·mol^-1

①CO₂氢合成乙烯的热化学方程式为_________。

②－定条件下的密闭容器中，总反应达到平衡，要提高CO₂的转化率．可以采取的措施是______（填字母）。

A.减小压强            B.增大H₂的浓度       C.加入适当催化剂      D.分离出H₂O(g)

（3）由CO₂和H₂合成CH₃OH 的反应如下：CO₂(g)＋3H₂(g)=CH₃OH(g)+H₂O(g)  △H，在10L的恒容密闭容器中投入1molCO₂和2.75molH₂，在不同条件下发生上述反应，测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如图所示。

①上述反应的△H______（填“> “或“<”），判断理由是______。

②图中压强p₁______（城“>”或“<”）p₂。

③经测定知Q点时容器的压强是反应前压强的9/10，若反应从开始到平衡所需的时间为5min，则0～5min内H₂的反应速率v(H2)=_____________。

④N点时，该反应的平衡常数K=_______（计算结果保留2位小数）。

Answer

Li2CO3+Li2SiO3CO2↑+Li4SiO4 2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H=-127.9kJ/mol BD < CH3OH的物质的量随温度的升高而减少，故正反应为放热反应 > 1.125×10-2mol/(L·min) 1.04

【解析】（1）在500℃，CO2与Li4SiO4接触后生成Li2CO3，反应物为CO2与Li4SiO4，生成物有Li2CO3，根据质量守恒可知产物还有Li2SiO3，所以700℃时反应的化学方程式为Li2CO3+Li2SiO3CO2↑+Li4SiO4；（2）①已知：

Ⅰ．CO2(g)＋H2(g)=CO(g)+H2O(g) △H=+41.3kJ·mol-1

Ⅱ．2COg(g)＋4H2(g)=C2H4(g)+ 2H2O(g) △H=-210.5kJ·mol-1

根据盖斯定律，Ⅰ×2+Ⅱ可得：2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H=-127.9kJ/mol；

②A．正反应为气体体积减小的反应，低压有利于逆向减小，CO2的转化率减小，A错误；．增大H2浓度，平衡正向移动，CO2的转化率增大，B正确；C．加入适当催化剂，可以加快反应速率，但不影响平衡移动，CO2的转化率不变，C错误；D．分离出水，生成物浓度减小，平衡正向移动，CO2的转化率增大，D正确，答案选BD；（3）①由图可知，压强一定时，温度越高，CH3OH的物质的量越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应；②正反应为气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇的物质的量增大，故压强P1＞P2；③根据反应

CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）

起始（mol/L） 0.1 0.275 0 0

转化（mol/L）x 3x x x

平衡（mol/L）0.1-x 0.275-3x x x

根据压强为反应前的9/10可以列出表达式(0.1−x+0.275−3x+x+x)/(0.1+0.275)=9/10，可以计算出x=0.01875，V（H2）=△c(H2)/△t=3×0.01875mol/L/5min=1.125×10-2mol/（L•min）；④温度不变平衡常数不变，图中M点时，容器体积为10L，结合M点的坐标可知，M点的CH3OH的物质的量为0.25mol，根据反应

CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）

起始（mol/L） 0.1 0.275 0 0

转化（mol/L）0.025 0.075 0.025 0.025

平衡（mol/L）0.075 0.2 0.025 0.025

K=c(H2O)•c(CH3OH)/c3(H2)•c(CO2)=0.025×0.025/0.23×0.075=1.04。

点睛：该题的难点是图像分析，注意从以下几个角度分析：（1）紧扣特征，弄清可逆反应的正反应是吸热还是放热，体积增大、减小还是不变，有无固体、纯液体物质参与反应等。（2）先拐先平，在含量(转化率)—时间曲线中，先出现拐点的则先达到平衡，说明该曲线反应速率快，表示温度较高、有催化剂、压强较大等。（3）定一议二，当图像中有三个量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系，有时还需要作辅助线。（4）三步分析法，一看反应速率是增大还是减小；二看v正、v逆的相对大小；三看化学平衡移动的方向。