诺贝尔化学奖获得者乔治·欧拉教授率领团队首次采用金属钌作催化剂,从空气中捕获CO2直接转化为甲醇,为通往未来“甲醇经济”迈出了重要一步,并依据该原理开发如图所示转化。
(1)CO2中含有的化学键类型是 键。
(2)将生成的甲醇(沸点为64.7 ℃)与水分离可采取的方法是 。
(3)上图所示转化中,由第1步至第4步的反应热(ΔH)依次是a kJ·mol-1、b kJ·mol-1、c kJ·mol-1、d kJ·mol-1,则该转化总反应的热化学方程式是 。
(4)500 ℃时,利用金属钌作催化剂,在固定容积的密闭容器中可直接实现如(3)中转化得到甲醇。测得该反应体系中X、Y浓度随时间变化如图所示。
①Y的化学式是 ,判断的理由是
。
②下列说法正确的是 (填字母)。
a.Y的转化率是75%
b.其他条件不变时,若在恒压条件下进行该反应,Y的转化率高于75%
c.升高温度使该反应的平衡常数K增大,则可知该反应为吸热反应
d.金属钌可大大提高该反应中反应物的转化率
③从反应开始到平衡,用氢气表示的平均反应速率v(H2)= mol·L-1·min-1。
.答案 (1)极性共价 (2)蒸馏
(3)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) ΔH=(a+b+c+d) kJ·mol-1
(4)①CO2 Y随反应进行浓度减小,因此Y为反应物,且其相同时间内转化量与X相同,则其在方程式中的化学计量数应与X相同,因此Y是CO2 ②abc ③0.225
解析 (1)CO2中含有极性共价键。
(2)甲醇(沸点为64.7 ℃)与水的沸点相差较大,可用蒸馏的方法分离。
(3)根据盖斯定律,可知反应热的大小与始态和终态有关,与过程无关,所以该转化总反应的热化学方程式是CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) ΔH=(a+b+c+d) kJ·mol-1。
(4)①Y随反应进行浓度减小,因此Y为反应物,且其相同时间内转化量与X相同,则其在方程式中的化学计量数应与X相同,因此Y是CO2。
②Y的转化率是×100%=75%,故a正确;因为正反应是气体体积减小的反应,所以其他条件不变时,若在恒压条件下进行该反应,相当于增大压强,Y的转化率变大,故b正确;升高温度使该反应的平衡常数K增大,则可知该反应为吸热反应,故c正确;催化剂只改变反应的速率,不能使平衡发生移动,故d错误。
③v(CO2)==0.075 mol·L-1·min-1,而v(H2)=3v(CO2)=0.225 mol·L-1·min-1。
溶解度:
(1)固体物质的溶解度:在一定温度下,某固态物质在100克溶剂里达到饱和状态时所溶解的质量,单位是g,符号用S表示。
表达式:
(2)气体的溶解度定义:指该气体在压强为101kPa,一定温度时,溶解在1体积水中达到饱和状态时气体的体积。
溶解度曲线:
溶解度曲线:
溶解度曲线的意义:
①表示同一种物质在不同温度时的溶解度;
②表示不同物质在同一温度时的溶解度,可以比较同一温度时,不同物质的溶解度的大小。若两种物质的溶解度曲线相交,则在该温度下两种物质的溶解度相等;
③根据溶解度曲线可以确定从饱和溶液中析出晶体或进行混合物分离提纯的方法;
④根据溶解度曲线能进行有关的计算。
溶解度曲线变化规律:
1.大多数固体物质的溶解度随湿度升高而增大,曲线为"陡升型",如硝酸钾。
2.少数固体物质的溶解度受湿度的影响很小,曲线为"缓升型",如氯化钠。
3.极少数固体物质的溶解度随湿度的升高而减小,曲线为"下降型",如氢氧化钙。
4.气体物质的溶解度均随湿度的升高而减小(纵坐标表示体积),曲线也为"下降型",如氧气。
溶解度曲线的应用:
1.查找指定温度时物质的溶解度,并根据溶解度判断溶解性。
2.比较相同湿度时(或一定湿度范围内)不同物质溶解度的大小。
3.比较和确定物质的溶解度受温度影响的程度,并据此确定物质结晶或混合物分离提纯的方法。
4.确定溶液的状态(饱和与不饱和)。
溶解度曲线上的点的意义:
①溶解度曲线上的点表示物质在该点所示温度下的溶解度,溶液所处的状态是饱和溶液。
②溶解度曲线下面的面积上的点,表示溶液所处的状态是不饱和状态,依其数据配制的溶液为对应湿度时的不饱和溶液。
③溶解度曲线上面的面积上的点,依其数据配制的溶液为对应温度时的饱和溶液,且该溶质有剩余。
④两条溶解度曲线的交点,表示在该点所示的温度下,两种物质的溶解度相等。
溶解度的影响因素:
溶解度与温度的关系:
(1)固体物质的溶解度一般随温度的升高而增大,个别物质反常,如Ca(OH)2。
(2)气体物质的溶解度,一般随温度升高而减小,随压强增大而增大。常见的可溶性气体(常温、常压时的体积数):NH3 (700),HCl(0℃时500),HBr、HI亦易溶,SO2(40),C12 (2).H2S(2.6),CO2(1)。难溶气体:H2、CO、NO。有机物中:HCHO易溶,C2H2微溶,CH4、C2H4难溶。
a.大部分固体物质的溶解度随温度的升高而增大,如KNO3、NaNO3等。
b.少数固体物质的溶解度受温度影响很小,如 NaCl。
c.极少数固体物质的溶解度随温度的升高而减小,如 Ca(OH)2
饱和溶液与不饱和溶液、过饱和溶液:
过饱和溶液:一定温度、压力下,当溶液中溶质的浓度已超过该温度、压力下溶质的溶解度,而溶质仍不析出的现象叫过饱和现象,此时的溶液称为过饱和溶液。
饱和溶液:在一定温度下,向一定量溶剂里加入某种溶质,当溶质不能继续溶解时,所得的溶液叫做这种溶质的饱和溶液。
不饱和溶液:在一定温度下,在一定量的溶剂里,还能再溶解某种物质的溶液叫做这种溶质的不饱和溶液。
有关溶解度的计算:
某温度下,
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