Question

对温室气体二氧化碳的研究一直是科技界关注的重点。

I．在催化剂存在下用H₂还原CO₂是解决温室效应的重要手段之一，相关反应如下：

主反应：CO₂(g)+4H₂(g)=CH₄(g)+2H₂O(g)   △H₁①

副反应：CO₂(g)+H₂(g)=CO(g)+H₂O(g)   △H₂=+41.2kJ/mol

已知H₂和CH₄的燃烧热分别为-285.5kJ·mol^-1和-890.0kJ·mol^-1

H₂O(l)=H₂O(g)    △H=＋44 kJ·mol^-1

（1）△H₁=______kJ·mo l^-1。

（2）有利于提高CH₄平衡产率的反应条件是（至少写两条）_________。工业上提高甲烷反应选择性的关键因素是_____________。

（3）T℃时，若在体积恒为2L的密闭容器中同时发生上述反应，将物质的量之和为5mol的H₂和CO₂以不同的投料比进行反应，结果如图所示。若a、b表示反应物的转化率，则表示H₂转化率的是______，c、d分别表示CH₄(g)和CO(g)的体积分数，由图可知=______时，甲烷产率最高。若该条件下CO的产率趋于0，则T℃时①的平衡常数K=________。

II.溶于海水的CO₂95%以HCO₃^-形式存在。在海洋中，通过如下左图钙化作用实现碳自净。

（4）写出写出钙化作用的离子方程式____________。

（5）电解完成后，a室的pH值______（“变大”、“变小”或“几乎不变”)；其间b室发生反应的离子方程式为____________。

Answer

-164.0 降低温度，增大压强 催化剂 b 4 100 2HCO3-+Ca2+=CaCO3↓+CO2↑+H2O 几乎不变 H++ HCO3-= CO2↑+H2O

【解析】I．根据已知有： CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) △H2=+41.2kJ/mol

③2H2+ O2(g)= 2H2O(l) △H3=-571.0kJ·mol-1

④CH4+ 2O2(g)= CO2(g)+ 2H2O(l) △H4=-890.0kJ·mol-1

⑤H2O(l)=H2O(g) △H5=＋44 kJ·mol-1

根据盖斯定律，由①=③×2-④+⑤×2，则CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g) △H1 =2△H3-△H4+2△H5=-164.0 kJ·mol-1；（2）反应CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)是正方向为气体体积缩小的放热反应，降低温度和增大压强都有利于反应正向移动，提高CH4平衡产率；工业上提高甲烷反应选择性的关键因素是催化剂；（3）随着比值的增大，氢气的转化率降低，则表示H2转化率的是b；随着比值的增大，氢气的量增多，一氧化碳的量减少，甲烷的量增加，故c为CH4(g) 的体积分数，由图可知=4时，甲烷产率最高。若该条件下CO的产率趋于0，则=4，开始物质的量之和为5mol的H2和CO2分别为4mol和1mol，平衡转化率为80%，则平衡时各物质的量浓度为：

CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)

开始时浓度/mol/L 0.5 2 0 0

改变的浓度/mol/L 0.4 1.6 0.4 0.8

平衡时浓度/mol/L 0.1 0.4 0.4 0.8

K==100；

II. （4）根据图中信息可知，钙化作用是碳酸氢钙转化为碳酸钙、二氧化碳和水，其反应的离子方程式为：2HCO3-+Ca2+=CaCO3↓+CO2↑+H2O；（5）电解完成后，a室氢氧根离子得电子产生氧气，而氢离子进入b室，pH值几乎不变；其间b室发生反应的离子方程式为：H++ HCO3-= CO2↑+H2O。