Question

（2012?開封二模）由于溫室效應(yīng)和資源短缺等問題，如何降低大氣中的CO₂含量并加以開發(fā)利用，引起了各國的普遍重視．
（1）目前，用超臨界CO₂（其狀態(tài)介于氣態(tài)和液態(tài)之間）代替氟利昂作冷劑已成為一種趨勢，這一做法對環(huán)境的積極意義在于

保護臭氧層

．
（2）將CO₂轉(zhuǎn)化成有機物可有效實現(xiàn)碳循環(huán)．CO₂轉(zhuǎn)化成有機物的例子很多，如：
a.6CO₂+6H₂O

光合

作用

C₆H₁₂O₆+6O₂      b．CO₂+3H₂

催化劑

△

CH₃OH+H₂O
c．CO₂+CH₄

催化劑

△

CH₃COOH          d.2CO₂+6H₂

催化劑

△

CH₂=CH₂+4H₂O
以上反應(yīng)中，最節(jié)能的是

a

，原子利用率最高的是

c

．
（3）若有4.4kg CO₂與足量H₂恰好完全反應(yīng)，生成氣態(tài)的水和甲醇，可放出4947kJ的熱量，試寫出該反應(yīng)的熱化學方程式

CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ/mol

．
（4）為探究用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇的反應(yīng)原理，現(xiàn)進行如下實驗：在一恒溫恒容密閉容器，充入1mol CO₂和3molH₂，進行反應(yīng)．測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示．從反應(yīng)開始到平衡v（H₂）=

0.225 mol?L^-1?min^-1

；CO₂的轉(zhuǎn)化率=

75%

；該溫度下的平衡常數(shù)數(shù)值=

5.33

．能使平衡體系中n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的措施有

將H₂O（g）從體系中分離

 （任寫一條）．
（5）CO₂在自然界循環(huán)時可與CaCO₃反應(yīng)，CaCO₃是一種難溶物質(zhì)，其K_sp=2.8×10^-9．CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，現(xiàn)將等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的濃度為4×10^-4mol/L，則生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小濃度為

2.8×10^-5mol/L

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)氟利昂能產(chǎn)生氯原子，而氯原子是臭氧分解的催化劑；
（2）不需要加熱則最節(jié)能，原子利用率最高的是把所有的反應(yīng)物全部轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物；
（3）根據(jù)4.4 kg CO₂與足量H₂恰好完全反應(yīng)，可放出4 947 kJ的熱量，則1 mol CO₂與氫氣合成甲醇放出熱量49.47 kJ的熱量．書寫熱化學反應(yīng)方程式時還應(yīng)注意物質(zhì)狀態(tài)、反應(yīng)熱的正負號以及單位；
（4）根據(jù)v=

△c

△t

計算；根據(jù)CO₂的平衡濃度判斷轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量，進而可計算轉(zhuǎn)化率；根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積計算；根據(jù)平衡移動分析；
（5）Na₂CO₃溶液的濃度為4×10^-4mol/L，等體積混合后溶液中c（CO₃^2-）=2×10^-4mol/L，根據(jù)K_sp=c（CO₃^2-）?c（Ca²⁺）計算沉淀時混合溶液中c（Ca²⁺），原溶液CaCl₂溶液的最小濃度為混合溶液中c（Ca²⁺）的2倍．

解答：解：（1）氟利昂在空氣中能產(chǎn)生氯原子，而氯原子是臭氧分解的催化劑，CO₂作致冷劑可防止臭氧層破壞，
故答案為：保護臭氧層；
（2）不需要加熱則最節(jié)能，a反應(yīng)中利用太陽能，不需加熱最節(jié)能，原子利用率最高的是把所有的反應(yīng)物全部轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，c反應(yīng)中只有一種產(chǎn)物，原子利用率最高，
故答案為：a；c；
（3）根據(jù)4.4 kg CO₂與足量H₂恰好完全反應(yīng)，可放出4 947 kJ的熱量，則1 mol CO₂與氫氣合成甲醇放出熱量49.47 kJ的熱量，所以熱化學方程式為CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.47kJ/mol；
（4）利用三段式解題法計算    
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
開始（mol/L）：1         3              0          0
變化（mol/L）：0.75      2.25          0.75       0.75 
平衡（mol/L）：0.25      0.75          0.75       0.75
從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225 mol?L^-1?min^-1，
CO₂的轉(zhuǎn)化率=

0.75

1

=75%，
平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，則k=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

=

0.75×0.75

0.25×0.753

=5.33，
要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動，可以將H₂O（g）從體系中分離；
故答案為：0.225 mol?L^-1?min^-1；75%；5.33；將H₂O（g）從體系中分離；
（5）等體積的CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液混合時，碳酸鈉溶液的濃度變?yōu)?×10^-4mol/L，根據(jù)溶度積常數(shù)計算，c（Ca²⁺）=

Ksp(CaCO3)

c(CO32-)

=

2.8×10-9

2×10-4

=1.4×10^-5mol/L，因為是等體積混合，所以混合前溶液的濃度是混合后的2倍，所以混合前溶液的濃度為1.4×10^-5mol/L×2=2.8×10^-5mol/L，
故答案為：2.8×10^-5mol/L．

點評：本題考查較為綜合，涉及化學平衡計算以及平衡移動等問題，題目難度較大，注意根據(jù)圖象計算各物質(zhì)的平衡濃度為解答該題的關(guān)鍵．