Question

基于新材料及3D打印技术，科学家研制出一种微胶囊吸收剂，它能将工厂排放的CO)以更加安全、廉价和高效的方式处理掉，球形微胶囊内部充有Na₂CO₃溶液，其原理如图所示。

(1)这种微胶囊吸收CO₂的原理是 ____用离子方程式表示），此过程是_____填“吸收”或“放出”）能量的过程。

(2)在吸收过程中下列关于胶囊内溶液的说法正确的是 ___（填字母）。

a．吸收前溶液中c(Na^＋)>c(CO₃^2－)>c(HCO₃^－)>c(OH^－)>c(H^＋)

b．吸收过程中，体系中的含碳微粒只有CO₃^2－、HCO₃^－、H₂CO₃

c．当n(CO₂)：n(Na₂CO₃)=1：3时，溶液中c(CO₃^2－)<c(HCO₃^－)

d．溶液中始终有c(Na^＋)＋c(H^＋)=2c(CO₃^2－)＋c(HCO₃^－)＋c(OH^－)

(3)将解吸后的CO₂催化加氢可制取乙烯。

已知：C₂H₄(g)＋3O₂(g)=2CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H₁=－1323kJ·mol^－1

2H₂(g)＋O₂(g)=2H₂O(g)  △H₂=－483.6kJ·mol^－1

2CO₂(g)＋6H₂(g)=C₂H₄(g)＋4H₂O(g)  △H₃=_______________

(4)在体积为2L的恒容容器中发生反应：2CO₂(g)＋6H₂(g)=C₂H₄(g)＋4H₂O(g)。当投料为1 mol CO₂(g)和3molH₂ (g)时，测得温度对CO₂平衡转化率的影响为曲线a，改变投料比测量后得到曲线b。

①根据曲线a计算250℃时该反应的化学平衡常数K= ____代入数值列出计算式即可）。

②b条件下投料比____（填“>”  “<”或“=”）3，判断依据是 __ 。

③下列说法正确的是 ___（填字母）。

A．平衡常数大小：M>N>M₁

B．其他条件不变，b条件时增加催化剂用量，则250℃时CO₂的平衡转化率可能达到M

C．当压强、混合气体的密度或不变时均可视为化学反应已达到平衡状态

D．工业生产中采取较高温度（250℃左右）是为了提高催化剂活性加快反应速率

Answer

CO2＋CO32－＋H2O=2HCO3－ 放出 cd －127.8kJ·mol－1 < 其他条件不变时，减少氢气的浓度，可以减少CO2的转化率 D

【解析】

(1)根据CO2与CO32－反应进行分析，根据图像解吸是吸收过程；

(2)根据盐类水解，结合物料守恒和电荷守恒进行判断；

(3)利用盖斯定律进行分析和计算；

(4)①利用“三段式”方法进行分析计算；

②根据图像，b曲线CO2平衡转化率比曲线a低，其他条件不变，增大H2的量，CO2的转化率增大，据此分析；

③根据图像可以得到催化效率随温度变化进行分析；

(1)胶囊内部充有Na2CO3溶液，通入CO2发生CO2＋CO32－＋H2O=2HCO3－；根据图可知解吸过程为吸热过程，则吸收CO2过程为放出能量的过程；

(2)a.吸收前溶液为Na2CO3，Na2CO3为强碱弱酸盐，CO32－发生水解，溶液显碱性，离子浓度大小顺序是c(Na＋)>c(CO32－)> c(OH－)>c(HCO3－)> c(H＋)，故a错误；

b.根据图，可知吸收CO2时，溶液中溶解了部分CO2，所以吸收过程中，体系中的含碳微粒除了CO32－、HCO3－、H2CO3外，还有CO2分子，故b错误；

c.当n(CO2)：n(Na2CO3)=1：3，发生的反应有CO2＋CO32－＋H2O=2HCO3－，1molCO2能消耗1molCO32－，生成2molHCO3－，生成HCO3－的物质的量等于剩余CO32－的物质的量，但CO32－水解程度大于HCO3－水解，因此c(HCO3－)>c(CO32－)，故c正确；

d.根据电荷守恒，溶液中始终有c(Na＋)＋c(H＋)=c(HCO3－)＋c(OH－)＋2c(CO32－)，故d正确；

故答案选cd；

(3)①C2H4(g)＋3O2(g)=2CO2(g)＋2H2O(g)，②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)，根据目标反应方程式，因此有3×②－①，得出△H3=3×△H2－△H1=[3×(－483.6)－(－1323)]kJ·mol－1=－127.8kJ·mol－1；

(4)①250℃时，CO2的转化率为50%，，化学平衡常数K==；

②由曲线b可知，M1点CO2的平衡转化率小于50%，说明反应逆向移动，其他条件不变时，减小n（H2）可使反应逆向移动，CO2的平衡转化率降低，所以<3；

③A.平衡常数只受温度的影响，M和M1的温度相同，则化学平衡常数：M=M1，该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，化学平衡常数减少，即M1>N，从而得出M=M1>N；故A错误；

B.加入催化剂，反应速率加快，但平衡不移动，故B错误；

C.恒容状态下，反应物生成物均为气体，气体质量不变，容器的体积不变，密度恒为定值，不能作为是否达到平衡的判断依据，故C错误；

D.由图可知，催化剂催化效率随温度升高先增大后降低，温度为250℃左右时，催化效率最高，则工业生产中采取较高温度是为了提高催化剂活性加快反应速率，故D正确。

故答案选D。