全球大氣CO
2濃度升高對(duì)人類(lèi)生產(chǎn)、生活產(chǎn)生了影響,碳及其化合物的資源化利用成為研究熱點(diǎn)?;卮鹣铝袉?wèn)題:
(1)已知25°C時(shí),大氣中的CO
2溶于水存在以下過(guò)程:
①CO
2(g)?CO
2(aq)
②CO
2 (aq)+H
2O(l)?H
+ (aq)+
(aq) K
過(guò)程①的ΔH
<
<
0(填“>”“<”或“=”)。溶液中CO
2的濃度與其在大氣中的分壓(分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))成正比,比例系數(shù)為y mol?L
-1?kPa
-1。當(dāng)大氣壓強(qiáng)為p kPa,大氣中CO
2 (g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為x時(shí),溶液中H
+的濃度為
mol?L
-1(忽略
和水的電離)。
(2)二氧化碳甲烷化技術(shù)可有效實(shí)現(xiàn)二氧化碳的循環(huán)再利用,制取CH
4的裝置如圖。溫度控制在10°C左右,持續(xù)通入二氧化碳,電解時(shí)電解質(zhì)溶液中KHCO
3物質(zhì)的量基本不變。陰極反應(yīng)為
。
(3)焦炭與水蒸氣可在高溫下反應(yīng)制H
2。
反應(yīng)I:C(s)+H
2O(g)?CO(g)+H
2(g)ΔH
1=+131.3kJ?mol
-1 K
1反應(yīng)II:C(s)+2H
2O(g)?CO
2(g)+2H
2(g)ΔH
2=+90.3kJ?mol
-1K
2反應(yīng)III:CO(g)+H
2O(g)?CO
2(g)+H
2(g)ΔH
3=-41.0kJ?mol
-1K
3①上述反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)隨溫度變化的關(guān)系如圖所示,表示K
1、K
2、K
3的曲線(xiàn)分別是c、
b
b
、
d
d
。
②研究表明,反應(yīng)III的速率方程為:v=k[x(CO)?x(H
2O)一
,x表示相應(yīng)氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù),K
p為平衡常數(shù)(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算),k為反應(yīng)的速率常數(shù)。在氣體物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)和催化劑一定的情況下,反應(yīng)速率隨溫度的變化如圖所示。根據(jù)速率方程分析T>T
m時(shí),v逐漸下降的原因是
升高溫度,k增大使v提高,Kp減小使v降低。T>Tm時(shí),Kp減小對(duì)v的降低大于k增大對(duì)v的提高
升高溫度,k增大使v提高,Kp減小使v降低。T>Tm時(shí),Kp減小對(duì)v的降低大于k增大對(duì)v的提高
。
(4)甲烷干法重整制H
2同時(shí)存在如下反應(yīng):
主反應(yīng):CH
4(g)+CO
2(g)?2CO(g)+2H
2(g).ΔH
1副反應(yīng):CO
2(g)+H
2(g)?CO(g)+H
2O(g)ΔH
2溫度為T(mén)°C,壓強(qiáng)為P
0的恒壓密閉容器中,通入2mol CH
4和1mol CO
2發(fā)生上述反應(yīng)。平衡時(shí)H
2O(g)的分壓為P,甲烷的轉(zhuǎn)化率為40%。
①下列說(shuō)法正確的是
B
B
(填序號(hào))
A.ΔH
1和ΔH
2不變,說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
B.相同條件下,主反應(yīng)的速率大于副反應(yīng),說(shuō)明主反應(yīng)的活化能小
C.選用合適的催化劑可以提高主反應(yīng)的選擇性,增大甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率
D.平衡后,若增大壓強(qiáng),主反應(yīng)平衡逆向移動(dòng),副反應(yīng)平衡不移動(dòng)
②主反應(yīng)的平衡常數(shù)K
p=
(用含 P和P
0的計(jì)算式表示)。