Question

研究CO、CO₂的回收对减少碳的排放、改善生态环境和构建生态文明具有重要的意义。回答下列问题：

（1）已知：①CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)  ΔH=−99 kJ·mol⁻¹

②CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)  ΔH=+41 kJ·mol⁻¹

则反应CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)  ΔH=_________。

（2）向容积相同的三个恒容密闭容器中分别通入一定量H₂、CO，控制适当条件使其发生反应：2H₂(g)+CO(g)CH₃OH(g)，反应中有关数据如下表所示：

容器	温度/K	物质的起始浓度/mol/L	物质的平衡浓度/mol/L
c(H2)	c(CO)	c(CH3OH)
A	350	0.40	0.20	0.16
B	350	0.80	0.40
C	T	0.40	0.20	0.05

反应从开始到达到平衡时，平均反应速率：容器A____容器C（填“＞”或“＜”，后同），容器B中CO的转化率____80%。

（3）①CO₂和H₂在一定条件下能发生如下反应：2CO₂(g)+6H₂(g)C₂H₄(g)+4H₂O(g)　ΔH<0。向一恒压密闭容器中充入1 mol CO₂ 和3 mol H₂，容器中H₂的平衡转化率α随温度、压强的变化如图所示。

X表示___（填“温度”或“压强”），状态A、B、C对应的平衡常数K(A)、K(B)、K(C)的相对大小顺序为_____。

②向M、N两个初始容积相同的密闭容器中各充入2 mol CO₂ 和6 mol H₂，控制适当条件使其发生如下反应：2CO₂(g)+6H₂(g)C₂H₄(g)+4H₂O(g)ΔH<0。其中M为恒压容器，N为恒容容器，若维持两容器的温度相同，则平衡时混合气体平均相对分子质量较大的是______（填“M”或“N”）。

（4）用NaOH溶液做碳捕捉剂，在降低碳排放的同时也获得了重要的化工产品Na₂CO₃。常温下，若某次捕捉后得到pH=10的溶液，则溶液中c()∶c()=___________[K₁(H₂CO₃)=4.4×10⁻⁷、K₂(H₂CO₃)=5×10⁻¹¹]，溶液中c(Na⁺)_______ c()+2c()（填“>”“<”或“=”）。

Answer

−58 kJ·mol−1 < > 温度 K(A)=K(B)＞K(C) M 2︰1 >

【解析】

（1）根据盖斯定律计算；

（2）根据温度对反应速率的影响解答；根据压强对平衡状态的影响判断；

（3）①根据温度和压强对平衡状态和平衡常数的影响分析解答；

②根据压强对平衡状态的影响结合平均摩尔质量的含义判断；

（4）依据电离常数计算；根据电荷守恒分析解答。

（1）根据盖斯定律，用①+②式即可得到CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=−58 kJ·mol−1。

（2）容器A、C中两种反应物起始量相同，平衡时C容器中CH3OH的浓度较A容器中的小，说明C容器中温度较高，其它条件相同时，温度高反应速率较快，即C容器中反应速率较大。A容器中CO的转化率为80%，B容器中反应可视为将A容器体积压缩一半，加压时有利于平衡正向移动，故B容器中CO的转化率大于80%，答案为：<；>。

（3）①因正反应放热，温度越高H2的平衡转化率越小，平衡常数越小，正反应是气体分子数目减小的反应，压强越大，H2的平衡转化率越大，故X表示温度、Y表示压强。又K只与温度有关，故K(A)=K(B)＞K(C)，答案为：温度；K(A)=K(B)＞K(C)。

②正反应是气体分子数目减小的反应，因此反应开始后，N容器中压强小于M容器中的压强；压强越大越有利于平衡向右进行，达到平衡时容器中气体分子数目越少，混合气体平均摩尔质量越大，答案为：M。

（4）由+H2O +OH−得：Kh==KW/Ka2，代入有关数据后可求出c()∶c()=2∶1。由电荷守恒原理得：c(Na+)+c(H+)=c()+2c()+c(OH−)，由于c(OH−)>c(H+)，故c(Na+)>c()+2c()，答案为：2：1；>。