Question

【題目】為了實現“將全球溫度上升幅度控制在2℃以內”的目標，科學家正在研究溫室氣體CO2的轉化和利用。

（1）海洋是地球上碳元素的最大“吸收池”

①溶于海水中的CO2主要以四種無機碳形式存在，分別為CO2、H2CO3、CO32-和_________(填離子符號)。

②在海洋中，可通過如圖所示的途徑來固碳。則發生光合作用時，CO2與H2O反應生成(CH2O)x和O2的化學方程式為__________________。

（2）有科學家提出可利用FeO來吸收CO2，已知：

C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g) △H=+113.4 kJ·mol-1

3FeO(s)+H2O(g)Fe3O4(s)+H2(g) △H=+18.7 kJ·mol-1

則6FeO(s)+CO2(g)2Fe3O4(s)+C(s) △H=_____kJ·mol-1。

（3）以CO2為原料可制備甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，向一恒容密閉容器中充入1moCO2(g)和3molH2(g)，測得CO2(g)和CH3OH(g)的濃度隨時間的變化如圖所示。

①若A點的正反應速率用v正(CO2)來表示，A點的逆反應速率用v逆(CO2)來表示，則v正(CO2)_______(填“>”“ <”或“=”)v逆(CO2)。

②0～3min內，氫氣的平均反應速率v(H2)_______________。

（4）在一定條件下，二氧化碳轉化為甲烷：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2 H2O(g)，△H。向一密閉容積正充入一定量的CO2和H2，在300℃時發生上述反應，達到平衡時測得c(CO2)= 0.2 mol·L-1，c(H2) =0.8 mol·L-1，c(H2O)=1.6mol·L-1。則該溫度下上述反應的平衡常數K= ________。若200℃時該反應的平衡常數K=64.8，則該反應的△H_____(填“＞’’或“<”)O。

Answer 1

【答案】 HCO3- -76.0 > 0.75mol·L-1·min-1 25 <

【解析】（1）①溶于海水中的CO2主要以四種無機碳形式存在，分別為CO2、H2CO3、CO32-和HCO3-；②發生光合作用時，CO2與H2O在葉綠素和酶的作用下反應生成(CH2O)x和O2，其反應的化學方程式為：；（2）已知：①C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g) △H1=+113.4 kJ·mol-1 ，

②3FeO(s)+H2O(g)Fe3O4(s)+H2(g) △H2=+18.7 kJ·mol-1，根據蓋斯定律，由②×2-①可得反應：6FeO(s)+CO2(g)2Fe3O4(s)+C(s) △H=2△H2-△H1=+18.7 kJ·mol-1×2-113.4 kJ·mol-1 = -76.0kJ·mol-1；(3) ①根據圖中信息可知，CO2(g)的濃度還在降低，CH3OH(g)的濃度還在增大，反應還在向正方向進行且沒達到平衡狀態，則v正(CO2) >v逆(CO2)；②0～3min內，CO2的平均反應速率v(CO2)=，化學反應速率之比等于計量數之比，則氫氣的平均反應速率v(H2)=3 v(CO2)=×3=0.75mol·L-1·min-1；（4）c(CH4)=c(H2O)=×1.6mol·L-1=0.8 mol·L-1，根據反應CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2 H2O(g)可得300℃時，平衡常數K===25；若200℃時該反應的平衡常數K=64.8>25，則升高溫度，平衡常數減小，則平衡向逆反應方向移動，逆反應方向為吸熱反應，正反應方向為放熱反應，△H<0。