Question

(14分) 为解决大气中CO₂的含量增大的问题，某科学家提出“绿色自由”构想：把工厂排出的富含CO₂的废气经净化吹入碳酸钾溶液吸收，然后再把CO₂从溶液中提取出来，经化学反应使废气中的CO₂转变为燃料甲醇。“绿色自由”构想的部分技术流程如下：

（1）合成塔中反应的化学方程式为                                 ；△H<0。该反应为可逆反应，从平衡移动原理分析，低温有利于提高原料气的平衡转化率。而实际生产中采用300℃的温度，除考虑温度对反应速率的影响外，还主要考虑了                。
（2）从合成塔分离出甲醇的原理与下列       操作的原理比较相符（填字母）
A．过滤    B．分液    C．蒸馏    D．结晶
工业流程中一定包括“循环利用”，“循环利用”是提高效益、节能环保的重要措施。“绿色自由”构想技术流程中能够“循环利用”的，除K₂CO₃溶液和CO₂、H₂外，还包括                      。
（3）一定条件下，向体积为1 L的密闭容器中充入1 mol CO₂和3 mol H₂，测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化曲线如图所示。下列叙述中，正确的是   。

A．升高温度能使增大
B．反应达到平衡状态时，CO₂的平衡转化率为75%
C．3 min时，用CO₂的浓度表示的正反应速率等于用CH₃OH的浓度表示的逆反应速率
D．从反应开始到平衡，H₂的平均反应速率υ(H₂)＝0.075 mol?L^－1?min^－1
(4) 如将CO₂与H₂以1:4的体积比混合，在适当的条件下可制得CH₄。
巳知 

写出C0₂(g)与H₂(g)反应生成CH₄(g)与液态水的热化学方程式
___________                    _____。

Answer 1

（14分）（1）CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O（3分）   催化剂的催化活性（2分） 
（2）C（2分）   高温水蒸气或反应热（2分）        （3）B（3分）
(4) CO₂(g)+4H₂ (g) = CH₄(g)+2H₂O(l) ΔH＝－252.9kJ/mol （3分）

1）根据工艺流程可知，合成塔内反应是氢气与二氧化碳反应生成甲醇和水；
工业生产条件选择要考虑转化率、反应速率、对催化剂的影响、材料、成本等多方面综合考虑；
（2）从合成塔出来的主要为甲醇与水的混合液，甲醇与水互溶，沸点相差大；
（3）由流程图可以找出循环利用的物质；
（4）由图可知，10min达平衡，根据v=计算v（CH₃OH）反应速率之比等于化学计量数之比计算氢气的反应速率；
平衡向正反应移动，可以增大n（CH₃OH）/n（CO₂）的值；
（5）根据盖斯定律构造目标热化学方程式．
解：
（1）合成塔中的反应是二氧化碳和氢气在一定条件下可生成甲醇和水，其方程式为：
CO₂+3H₂一定条件CH₃OH+H₂O；
温度影响催化剂的活性，除考虑温度对反应速率的影响外，还主要考虑了催化剂的催化活性，
故答案为：CO₂+3H₂ = CH₃OH+H₂O；主要考虑了催化剂的催化活性；
（2）分离沸点相差比较大，互溶的液体，可以用蒸馏的方法进行分离，故选：C；
（3）（3）由工艺流程可知，可重复利用的物质有K₂CO₃溶液和CO₂、H₂、高温水蒸气，故答案为：高温水蒸气；
（4）（4）由图可知，10min达平衡，平衡时甲醇的浓度为0.8mol/L，
（5）所以v（CH₃OH）==0.08mol/（L?min），反应速率之比等于化学计量数之比，所以v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.08mol/（L?min）=0.24mol/（L?min）．
（6）增大H₂的用量、减少生成H₂O 的量等，平衡右移，可以增大n（CH₃OH）/n（CO₂）的值，
（7）故答案为：0.24mol/（L?min）；增大H₂的用量等；
（8）（5）巳知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-890.3kJ/mol，
②H₂（g）+O₂（g）=H₂O（l）△H₂=-285.8kJ/mol，
则CO₂（g）与H₂（g）反应生成CH₄（g）与液态水的热化学方程式可
根据盖斯定律②×4-①得CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol，
故答案为：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（l）△H=-252.9kJ/mol 。