Question

【题目】CO2既是温室气体，也是重要的化工原料，二氧化碳的捕捉和利用是我国能源领域的一个重要战略方向。

（1）用活性炭还原法可以处理汽车尾气中的氮氧化物，某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO，发生反应C(s)+ 2NO(g)N2(g)+CO2(g) △H，在T1℃时，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

浓度/(mol/L)/时间/min	0	10	20	30	40
NO	2.0	1.16	0.40	0.40	0.6
N2	0	0.42	0.80	0.80	1.2
CO2	0	0.42	080	0.80	1.2

①根据图表数据分析T1℃时，该反应在0～10min内的平均反应速率v(N2)＝___mol·L-1·min-1；计算该反应的平衡常数K＝__。

②若30min后只改变某一条件，据上表中的数据判断改变的条件可能是__（填字母编号）。

A.加入合适的催化剂 B.适当缩小容器的体积

C.通入一定量的NO D.加入一定量的活性炭

③若30min后升高温度至T2℃，达到平衡时，容器中NO、N2、CO2的浓度之比为2：3：3，则达到新平衡时NO的转化率___（填“升高”或“降低”），△H__0（填“>”或“<”）。

（2）工业上用CO2和H2反应合成二甲醚。已知：

CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H1＝－49.1kJ·mol-1

2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g) △H2＝－24.5kJ·mol-1

写出CO2(g)和H2(g)转化为CH3OCH3(g)和H2O(g)的热化学方程式___。

（3）常温下，用NaOH溶液作CO2捕捉剂不仅可以降低碳排放，而且可得到重要的化工产品Na2CO3。

①若某次捕捉后得到pH=10的溶液，则溶液中c(CO32－)：c(HCO3－)=__。[常温下K1(H2CO3)=4.4×10-7、K2(H2CO3)=5×10-11]。

② 欲用5L Na2CO3溶液将23.3 g BaSO4固体全都转化为BaCO3，则所用的Na2CO3溶液的物质的量浓度至少为_________。[已知：常温下Ksp(BaSO4)=1×10-7、Ksp(BaCO3)=2.5×10-6]。（忽略溶液体积积的变化）

Answer 1

【答案】0.042 4.0 BC 降低 < 2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g) △H＝－122.7kJ·mol-1 1：2 0.52mol/L

【解析】

（1）①根据化学反应速率公式v=和平衡常数公式K=计算；

②根据影响平衡移动的因素判断；

③30min时NO、N2、CO2的浓度之比为0.40：0.80：0.80=1:2:2，升高温度NO、N2、CO2的浓度之比为2：3：3，即升高温度平衡向逆反应方向移动，则达到新平衡时NO的转化率降低，逆反应为吸热反应，ΔH＜0；

（2）将反应编号，

CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）ΔH1＝-49.1 kJ·mol－1（①式）

2CH3OH（g）CH3OCH3（g）＋H2O（g）ΔH2＝-24.5 kJ·mol－1（②式）

应用盖斯定律，①式×2+②可得答案；

（3）①若某次捕捉后得到pH＝10的溶液，则溶液中氢离子浓度是10－10mol/L，根据碳酸的第二步电离平衡常数可知溶液中c(CO32-):c(HCO3-)＝＝1：2；

②硫酸钡的物质的量是23.3g÷233g/mol＝0.1mol，消耗碳酸钠是0.1mol。根据方程式BaSO4+CO32－＝BaCO3+SO42－可以解答。

（1）①在0~10min内的平均反应速率υ（N2）=（0.42mol/L-0mol/L）÷10min=0.042mol/（L·min）。20min~30min各物质的物质的量浓度不变，说明反应已经达到平衡，即平衡时NO、N2、CO2物质的量浓度依次为0.40mol/L、0.80mol/L、0.80mol/L，该反应的平衡常数K===4.0；

②30min后改变一个条件，40min时NO、N2、CO2的浓度都变为30min时的1.5倍。A项，加入合适的催化剂，平衡不移动，各物质物质的量浓度不变，不可能；B项，适当缩小容器的体积，平衡不移动，但各物质物质的量浓度成比例增大，可能；C项，通入一定量的NO，由于C是固体，相当于增大压强，平衡不移动，但各物质物质的量浓度成比例增大，可能；D项，加入一定量的活性炭，由于C是固体，平衡不移动，各物质物质的量浓度不变，不可能；答案选BC；

③30min时NO、N2、CO2的浓度之比为0.40：0.80：0.80=1:2:2，升高温度NO、N2、CO2的浓度之比为2：3：3，即升高温度平衡向逆反应方向移动，则达到新平衡时NO的转化率降低，逆反应为吸热反应，ΔH＜0；

（2）将反应编号，

CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）ΔH1＝-49.1 kJ·mol－1（①式）

2CH3OH（g）CH3OCH3（g）＋H2O（g）ΔH2＝-24.5 kJ·mol－1（②式）

应用盖斯定律，①式×2+②式得2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）ΔH=2ΔH1+ΔH2=2×（-49.1kJ/mol）+（-24.5kJ/mol）=-122.7kJ/mol，反应的热化学方程式为2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）ΔH=-122.7kJ/mol；

（3）①若某次捕捉后得到pH＝10的溶液，则溶液中氢离子浓度是10－10mol/L，根据碳酸的第二步电离平衡常数可知溶液中c(CO32-):c(HCO3-)＝＝1：2；

②硫酸钡的物质的量是23.3g÷233g/mol＝0.1mol，消耗碳酸钠是0.1mol。根据方程式BaSO4+CO32－＝BaCO3+SO42－可知反应后溶液中硫酸根的浓度是0.1mol÷5L＝0.02mol/L，则碳酸根的浓度是，所以所用的Na2CO3溶液的物质的量浓度至少为0.5mol/L+＝0.52mol/L。