Question

大量排放CO₂會加重溫室效應，影響地球大氣環境．為減少CO₂對環境的影響，世界各國在限制其排放量的同時加強了對CO₂創新利用的研究，如致力于二氧化碳的“組合轉化”技術研究，把過多的二氧化碳轉化為有益于人類的物質，如甲醇、CH₄、汽油 等．
I．目前，用超臨界CO₂（其狀態介于氣態和液態之間）代替氟利昂作致冷劑已經成為一種趨勢，這一做法的積極意義在于

 

．
II．有科學家提出“綠色自由”構想：把空氣吹入碳酸鉀溶液，然后再把CO₂從溶液中提取出來，經過化學反應后使之變為可再生燃料甲醇．“綠色自由”構想技術流程如下：

（1）吸收池中反應的化學方程式為：

 

．
（2）在合成塔中，若有4.4kgCO₂與足量H₂恰好完全反應，可放出4947kJ的熱量，試寫出合成塔中發生反應的熱化學方程式

 

．
（3）控制不同的反應條件，CO₂和H₂反應還可以得到其它有機物．如將CO₂和H₂以1：4的體積比混合，在適當條件下反應，可獲得重要能源CH₄：CO₂+4H₂=CH₄+2H₂O；如將CO₂和H₂以1：3的體積比混合，還可生成某種重要的化工原料和水，該化工原料可能是

 

．
A．烷烴        B．烯烴         C．炔烴          D．芳香烴
（4）已知在443～473K時，用鈷（Co）作催化劑可使CO₂和H₂生成C₅～C₈的烷烴，這是人工合成汽油的方法之一．要達到汽油的要求，CO₂和H₂體積比的取值范圍應是

 

．
Ⅲ．若在一密閉恒容容器中充入CO₂和H₂的物質的量分別為1mol和3mol，發生反應得到CH₃OH（g）和H₂O（g）．測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示：

（1）從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H₂）=

 

mol/（L?min）．
（2）下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是

 

．
A．升高溫度                    B．充入He（g），使體系壓強增大 
C．將H₂O（g）從體系中分離       D．再充入1mol CO₂和3mol H₂．

Answer 1

分析：Ⅰ．根據氟利昂作致冷劑可導致臭氧空洞分析；
Ⅱ．（1）碳酸鉀能和二氧化碳反應生成碳酸氫鉀；
（2）n（CO₂）=

4400g

44g/mol

=100mol，根據反應的方程式CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）計算反應熱；
（3）CO₂和H₂以1：3的體積比混合生成水，結合質量守恒判斷產物；
（4）用鈷（Co）作催化劑可使CO₂和H₂生成C₅～C₈的烷烴，根據方程式nCO₂+（3n+1）H₂→C_nH_2n+2+2nH₂O計算；
Ⅲ．（1）反應的方程式為CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，根據濃度變化量之比等于化學計量數之比氫氣的濃度變化量，根據v=

△c

△t

計算v（H₂）；
（2）使n（CH₃OH）/n（CO₂）應采取措施，使平衡向正反應移動，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量．

解答：解：I．氟利昂作致冷劑可導致臭氧空洞，則用超臨界CO₂（其狀態介于氣態和液態之間）代替氟利昂作致冷劑，可保護臭氧層，
故答案為：保護臭氧層；
Ⅱ．（1）碳酸鉀能和二氧化碳反應生成碳酸氫鉀，反應的方程式為K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃，故答案為：K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；
（2）n（CO₂）=

4400g

44g/mol

=100mol，放出4947kJ的熱量，
則1molCO₂反應可放出49.47kJ的熱量，反應的熱化學方程式為CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47 kJ?mol^-1
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47 kJ?mol^-1；
（3）由反應物CO₂和H₂混合在一定條件下以1：3（分子數比）比例發生反應，可判斷混合氣體中C、H原子個數比為1：6；又由于反應后生成水，即有H原子與O原子化合成水分子；而在四個選項中的物質中都不含O元素，可判斷1個CO₂分子中的2個O原子應與4個H原子結合成2個水分子，即混合氣體中的1個C原子應與2個H原子化合成化工原料；通過以上分析，可得出化工原料中C、H原子個數比應為1：2；而在CH₄中C、H原子個數比為1：4，在C₂H₂中C、H原子個數比為1：1，在C₂H₄中C、H原子個數比為1：2，在C₂H₆中C、H原子個數比為1：3，
故答案為：B；
（4）由nCO₂+（3n+1）H₂→C_nH_2n+2+2nH₂O可知，當生成C₅H₁₂時，n：（3n+1）=5：16，當生成C₈H₁₈時，n：（3n+1）=8：25，
故答案為：

5

16

≤V（CO₂）/V（H₂）≤

8

25

．
Ⅲ．（1）由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知，氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量為0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L?mon），
故答案為：0.225；
（2）使n（CH₃OH）/n（CO₂）應采取措施，使平衡向正反應移動，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量，
A．該反應正反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯誤；
B．充入He（g），使體系壓強增大，容器的容積不變，反應混合物的濃度不變，平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確；
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效為增大壓強，平衡向正反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確；
故答案為：C、D．

點評：本題考查反應速率計算、化學平衡的計算與影響因素、平衡常數等，難度中等，注意利用化學反應方程式和質量守恒定律來推斷物質的化學式，守恒方法是解答本題的常用方法，學生應熟悉元素守恒、原子守恒來解答此類習題．