Question

【題目】 CO2的資源化利用一直是化學家們關注的重要課題，中科院大連化學物理研究所設計了一種新型多功能復合催化劑，成功地實現了CO2直接加氫制取高辛烷值汽油：(反應①)，該研究成果被評價為“CO2催化轉化領域的突破性進展”。

(1)已知氫氣的燃燒熱為，若要利用的燃燒熱求a的值，則還需要知道一個反應的，該反應是________________________________。反應①在一定條件下具有自發性，則a_______________0(填“>”或“<”)。

(2)向某密閉容器中按一定投料比充入、，控制條件使其發生反應：。測得的平衡轉化率與溫度、壓強之間的關系如圖1所示：

則X表示______________，___________(填“>”或“<”)。欲提高的平衡轉化率并提高單位時間內的產量，可采取的措施是______________________(填兩種)。

(3)控制一定溫度、催化劑，按不同投料比將反應物通入到某密閉容器中，測得平衡時的百分含量與投料比之間的關系如圖2所示，則____________。

(4)在釕-銠雙金屬催化劑的作用下，CH3OH、CO2、H2可高效地轉化為乙酸，反應方程式為。一定溫度下，向某剛性容器中通入等物質的量的三種原料氣，測得體系中的總壓強與時間的關系如下表所示：

t/min	0	5	10	15	20	25	30
p/kPa	3	2.7	2.5	2.35	2.26	2.2	2.2

則反應開始到達到平衡的過程中，____________________________。

(5)碳捕捉技術的發展也有利于CO2在資源應用方面得到充分利用。常溫下，若某次用NaOH溶液捕捉空氣中的CO2所得溶液的pH=10，并測得溶液中，則_____________。

Answer 1

【答案】 < 壓強 < 增大壓強、增大 3.2 0.032 80

【解析】

(1)根據蓋斯定律分析；當△G=△H-T△S<0時反應可以自發進行；

(2)該反應為放熱反應，若X為溫度，隨溫度升高平衡逆向移動，氫氣的轉化率應減小，與圖形不符，所以X為壓強，Y為溫度；

(4)剛性容器中，氣體的分壓之比等于物質的量之比，所以可以把壓強等效為物質的量來進行計算，所以不妨設初始投料為CH3OH、CO2、H2均為1mol，則平衡時氣體的總物質的量為2.2mol，設平衡時三種物質的轉化量為x，則列三段式有

則有3(1-x)+2x=2.2mol，解得x=0.8mol。

(1)表示氫氣燃燒熱的熱化學方程式為H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H ②；

又已知反應 ①；

①-②×16可得反應，根據蓋斯可知若再知道該反應的焓變，即可求反應①的焓變；當△G=△H-T△S<0時反應可以自發進行，該反應為氣體減少的反應，所以△S<0，若要滿足△H-T△S<0則△H必須小于0；

(2)根據分析可知X表示壓強，Y表示溫度，相同壓強下，溫度越高氫氣的轉化率越小，所以Y1<Y2；增大二氧化碳的濃度可以使平衡正向移動，且反應速率增大，單位時間內C5H12(l)的產率增大；該反應為氣體體積減小的反應，縮小體積增大壓強也可以使平衡正向移動，同時增大反應速率；降低溫度、及時移走生成物雖然能使平衡正向移動，但會使反應速率減小，綜上所述可以采取的措施有增大壓強、增大；

(3)對于可逆反應，當反應物的投料比與計量數之比相等時，產物的平衡百分含量最大，所以n0==3.2；

(4)根據表格數據可知25min時反應達到平衡，結合分析可知該時段內△p(CO2)=0.8kPa，所以v(CO2)==0.032kPa/min；結合分析可知平衡時p(CO2)= p(CH3OH)= p(H2)=0.2kPa；p(H2O)= p(CH3COOH)=0.8kPa，所以Kp==80kPa-1；

(5)Ka2(H2CO3)=，時，pH=10，即c(H+)=10-10mol/L，所以Ka2(H2CO3)=0.5×10-10=5×10-11。