Question

二氧化碳捕集、存儲和轉化是當今化學研究的熱點問題之一，科學家一般利用NaOH溶液或氨水噴淋“捕捉”空氣中的CO₂，用NaOH溶液“捕捉”空氣中的CO₂的流程如圖1所示．

（1）下列有關該捕捉過程的敘述正確的有______
A．捕捉到的CO₂可制備其它化工產品，減少了溫室氣體排放
B．“反應分離室”中的反應要吸收大量熱
C．整個過程中，只有一種物質可循環利用
D．能耗大是該捕捉技術的一大缺點
（2）一定條件光催化分解CO₂發生反應：2CO₂（g）2CO（g）+O₂（g），該反應的△S______0、△H______0（填“＞”、“＜”、“=”）
（3）以CO₂與H₂為原料還可合成液體燃料甲醇（CH₃OH），其反應的化學方程為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0．
①將1mol CO₂和3mol H₂充入2L的密閉容器中發生上述反應，下列說法正確的是______．
A．若保持恒溫，則達到平衡時反應速率3V_正（H₂）=V_逆（CH₃OH）
B．若為絕熱容器，當容器內混合氣體的溫度恒定時，該反應已達平衡狀態
C．從反應開始至達到平衡的過程中，CO和H₂的轉化率均相等
D．保持溫度不變，當反應已達平衡時，若向容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，當達到新平衡時，n（CH₃OH）：n（H₂）將升高
②若其他條件不變，在恒容、溫度T₁時甲醇的物質的量與時間的圖象如圖2所示．請補充完成溫度為T₂（化學平衡常數K（T₁）＞K（T₂））時甲醇的物質的量隨時間變化的示意圖．
③在一個有催化劑的固定容積的容器中加入1mol CO₂，3mol H₂，在一定溫度下充分反應達到平衡，放出熱量為a kJ．若在原來的容器中只加入1mol CH₃OH（g）和1mol H₂O（g），在相同溫度下充分反應，達到平衡時吸收熱量為b kJ．則反應CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g） 的△H=______kJ?mol^-1 （用含a、b的代數式表示）．
（4）在一定溫度下以Ag/CeO₂-ZnO為催化劑時甲醇與氧氣的比例對反應的選擇性（選擇性越大，表示生成的該物質越多）影響關系如圖3所示．則當n（O₂）/n（CH₃OH）=0.25時，CH₃OH與O₂發生的主要反應方程式為______

Answer 1

【答案】分析：（1）根據題干提供的信息進行分析，要捕捉二氧化碳，可以使用氫氧化鈉溶液，碳酸鈉溶液能與氫氧化鈣溶液反應生成氫氧化鈉，故Y是氫氧化鈉，碳酸鈣高溫能分解生成氧化鈣和二氧化碳，氧化鈣能與水反應生成氫氧化鈣．
A．根據造成溫室效應的氣體考慮；
B．“反應分離室”中的反應為氧化鈣與水反應；
C．循環利用必須是既作為反應物，又會在生成物中出現；
D．煅燒石灰石需要消耗能耗；
（2）根據分解反應為吸熱反應以及氣體增大的反應熵變大于0；
（3）①化學反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不再發生改變，由此衍生的一些物理量不變，以此判斷是否達到平衡狀態；
投料比等于化學計量數之比，從反應開始至達到平衡的過程中，各反應物的轉化率均相等；根據等效平衡來判斷；
②根據溫度高，化學反應速率快，到達平衡的時間短，以及溫度升高平衡向吸熱的方向移動，即逆向移動；
③根據等效平衡來分析，從正向建立平衡時熱量的變化和從逆向建立平衡時熱量的變化之和等于反應熱；
（4）當n（O₂）/n（CH₃OH）=0.25時，CH₃OH與O₂發生的主要反應為甲醇的催化氧化生成甲醛；
解答：解：（1）A．造成的溫室效應的主要氣體是二氧化碳，捕捉到的CO₂可制備其它化工產品，減少了溫室氣體排放，故A正確；
B．氧化鈣與水反應是放熱反應，故B錯誤；
C．在此反應中過程中，氧化鈣、和氫氧化鈉能重復利用，只有兩種物質，故C錯誤；
D．煅燒石灰石需要消耗能耗，能耗大是該捕捉技術的一大缺點，故D正確；
故選：AD；
（2）分解反應為吸熱反應以及氣體增大的反應熵變大于0；所以2CO₂（g）═2CO（g）+O₂（g），該反應的△S＞0、△H＞0，故答案為：＞；＞；
（3）①）①A．若保持恒溫，則達到平衡時反應速率V_正（H₂）=3V_逆（CH₃OH），能用來判斷平衡狀態的標志，故A錯誤；    
B．若為絕熱容器，當容器內混合氣體的溫度恒定時，能用來判斷平衡狀態的標志，故B正確；
C．因CO₂和H₂的投料比等于化學計量數之比，從反應開始至達到平衡的過程中，CO和H₂的轉化率均相等，故C正確；      
D．保持溫度不變，當反應已達平衡時，若向容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，原平衡逆向移動，n（CH₃OH）：n（H₂）將升高，故D正確；
故選：BCD；
②溫度高，化學反應速率快，到達平衡的時間短，以及溫度升高平衡向吸熱的方向移動，即逆向移動，則溫度為T₂（化學平衡常數K（T₁）＞K（T₂））時甲醇的物質的量隨時間變化的示意圖為：，故答案為：；
③從正向建立平衡時熱量的變化和從逆向建立平衡時熱量的變化之和等于反應熱，所以則反應CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）的△H=-（a+b）kJ?mol^-1，故答案為：-（a+b）；
（4）當n（O₂）/n（CH₃OH）=0.25時，CH₃OH與O₂發生的主要反應為甲醇的催化氧化生成甲醛，反應的方程式為：2CH₃OH+O₂2HCHO+2H₂O；故答案為：2CH₃OH+O₂2HCHO+2H₂O；
點評：本題主要考查了反應中的焓變、熵變，化學平衡的標志、以及溫度對速率和平衡的影響、方程式的書寫，培養了學生分析問題、解決問題的能力．