Question

CO₂是目前大气中含量最高的一种温室气体，CO₂的综合利用是解决温室问题的有效途径。

（1）研究表明CO₂和H₂在催化剂存在下可发生反应生成CH₃OH。已知部分反应的热化学方程式如下：

CH₃OH(g)+O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O（1）△H₁=－726.5kJ•mol^-1

H₂(g)+O₂(g)=H₂O（1）△H₂=－285.8kJ•mol^-1

H₂O(g)=H₂O(l)  △H₃=－44kJ•mol^-1

则CO₂与H₂反应生成气态CH₃OH和水蒸气的热化学方程式为__。

（2）为研究CO₂与CO之间的转化，让一定量的CO₂与足量碳在体积可变的密闭容器中反应：C(s)＋CO₂(g)2CO(g)   △H，反应达平衡后，测得压强、温度对CO的体积分数(φ(CO)%)的影响如图所示。回答下列问题：

①压强p₁__1.0MPa（填>、=或<）。

②900℃、1.0MPa时，足量碳与amolCO₂反应达平衡后，CO₂的转化率为__，该反应的平衡常数K_p=__（保留小数点后一位数字）（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。

（3）①以二氧化钛表面覆盖Cu₂Al₂O₄为催化剂，可以将CO₂和CH₄直接转化成乙酸，CO₂(g)+CH₄(g)CH₃COOH(g)。为了提高该反应中CO₂的转化率，可以采取的措施是___（写一条即可）。

②在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示。250～300℃时，乙酸的生成速率降低的主要原因是__；300～400℃时，乙酸的生成速率升高的主要原因是__。

（4）将1.0×10^-3mol/LCoSO₄与1.2×10^-3mol/L的Na₂CO₃等体积混合，此时溶液中的Co²⁺的浓度为___mol/L。（已知：CoCO₃的溶度积为：K_sp=1.0×10^-13）

Answer

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-86.9kJ•mol-1 ＜ 66.7% 3.2MPa 增大反应体系压强或增大CH4的浓度或将乙酸液化分离出来 催化剂的催化效率降低 温度升高，化学反应速率加快 1.0×10-9

【解析】

(1)根根据盖斯定律进行计算；

(2)同温下，可逆反应正方向为气体体积增大的反应，根据勒夏特列原理，压强小的一氧化碳体积分数大；

(3)根据有效碰撞理论和勒夏特列原理进行回答；

(4)根据溶度积公式进行计算。

(1)CO2与H2反应生成气态CH3OH和水蒸气的热化学方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H= -△H1+3△H2-△H3=-86.9kJ•mol-1。

(2)①同温下，p1压强下的一氧化碳体积分数大，可逆反应正方向为气体体积增大的反应，根据勒夏特列原理，压强p1<1.0MPa。

②由图可知，900℃、1.0MPa时，足量碳与amolCO2反应达平衡后，一氧化碳的体积分数为80%，设反应消耗了二氧化碳的物质的量为xmol，列三段式：

C(s)＋CO2(g)2CO(g)

反应前 amol 0

变化量 xmol 2xmol

反应后 （a-x）mol 2xmol

同温同压下，体积之比与物质的量之比相等，一氧化碳的体积分数=，即x=mol，CO2的转化率为，该反应的平衡常数Kp= ；

(3)①可逆反应为CO2(g)+CH4(g)CH3COOH(g)，根据有效碰撞原理，为了提高该反应中CO2的转化率，可以采取的措施是增大反应体系压强或增大CH4的浓度或将乙酸液化分离出来。

②在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图，250～300℃时，乙酸的生成速率降低的主要原因是催化剂的催化效率降低；300～400℃时，乙酸的生成速率升高的主要原因是温度升高，化学反应速率加快。

(4)CoCO3的溶度积Ksp=1.0×10-13=，将1.0×10-3mol/LCoSO4与1.2×10-3mol/L的Na2CO3等体积混合，碳酸根过量，此时碳酸根的浓度为，即此时溶液中的Co2+的浓度为。