Question

【題目】（1）工業(yè)上用CO2和H2反應合成二甲醚，反應的熱化學方程式為：2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g) ΔH＝－130.8 kJ/mol。請回答：

①一定條件下，上述反應達到平衡狀態(tài)后，若改變反應的某一個條件，下列變化能說明平衡一定向正反應方向移動的是________（填序號）。

a．逆反應速率先增大后減小

b．H2的轉化率增大

c．反應物的體積百分含量減小

d．容器中的n(CO2)/n(H2)值變小

②在某壓強下，合成二甲醚的反應在不同溫度、不同投料比時，CO2的轉化率如圖所示。T1溫度下，將6 mol CO2和12 mol H2充入2 L的密閉容器中，5 min后反應達到平衡狀態(tài)，則0～5 min內的平均反應速率v(CH3OCH3)＝________；KA、KB、KC三者的大小關系是_____________。

③上述合成二甲醚的過程中，提高CO2的轉化率可采取的措施有_______________ (任寫兩種)。

（2）用氨水吸收CO2可得到NH4HCO3溶液。若常溫下，NH3·H2O的電離平衡常數(shù)Kb＝2×10-5，H2CO3的電離平衡常數(shù)K1＝4×10-7，K2＝4×10-11，在NH4HCO3溶液中，c(NH4+)________c(HCO3-)（填“＞”、“＜”或“＝”），試計算常溫下反應NH4+＋HCO3-＋H2ONH3·H2O＋H2CO3的平衡常數(shù)K＝___________；NH4HCO3溶液中物料守恒表達式為_________。

（3）綠色“二甲醚燃料電池”在酸性溶液中負極的電極反應式為_________________。

Answer 1

【答案】b 0.18 mol·L－1·min－1 KA＝KC＞KB 增大投料比、增大壓強、降低溫度等(任選兩種) ＞ 1.25×10-3 c(NH4+)＋c(NH3·H2O)＝c(CO32-)＋c(HCO3-)＋c(H2CO3) CH3OCH3－12e－＋3H2O = 2CO2↑＋12H＋

【解析】

(1)①平衡向正反應方向移動，改變條件后，應該存在正反應速率大于逆反應速率，據(jù)此進行判斷；②T1溫度下，將6molCO2和12molH2充入2L的密閉容器中，由圖象可知，5min后反應達到平衡狀態(tài)時二氧化碳轉化率為60%，計算出生成CH3OCH3的量，根據(jù)平均反應速率v(CH3OCH3)=計算；根據(jù)平衡常數(shù)僅與溫度有關比較KA、KB、KC三者之間的大小關系；③反應2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)為放熱反應、氣體體積減小，結合影響平衡移動的方法分析解答；

(2)根據(jù)NH3H2O和H2CO3的電離平衡常數(shù)，結合越弱越水解分析判斷；反應NH4++HCO3-+H2O=NH3H2O+H2CO3 的平衡常數(shù)K=，結合水的離子積常數(shù)分析解答；根據(jù)碳氮個數(shù)相等，寫出物料守恒關系式；

(3)電解質溶液呈酸性，負極上二甲醚失去電子生成二氧化碳，據(jù)此書寫電極反應式。

(1)a．逆反應速率先增大后減小，說明平衡向逆反應方向移動，故a不選；b．H2的轉化率增大，說明平衡向正反應方向移動，故b選；c．反應物的體積百分含量減小可能是平衡向逆反應方向移動，如減小二氧化碳的量，CO2的體積百分含量減小，平衡向逆反應方向移動，故c不選；d．容器中n(CO2)/n(H2)的值減小，可能為減小CO2的量，使平衡向逆反應方向移動，故d不選；故選b；

②T1溫度下，將6molCO2和12molH2充入2L的密閉容器中，由圖象可知，5min后反應達到平衡狀態(tài)時二氧化碳轉化率為60%，則生成CH3OCH3為6mol×60%×=1.8mol，所以平均反應速率v(CH3OCH3)===0.18 mol·L-1·min-1；又平衡常數(shù)僅與溫度有關，所以KA=KC，又根據(jù)圖象在相同投料比時T1溫度下二氧化碳轉化率大，所以T1溫度下較T2溫度下反應向正反應方向移動，則KA=KC＞KB，故答案為0.18 mo·L-1·min-1；KA=KC＞KB；

③反應2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)為放熱反應、氣體體積減小，提高CO2的轉化率，要求反應正向移動，方法有增大壓強、降低溫度，從圖可知投料比越大，CO2的轉化率也越大，故答案為增大投料比、增大壓強、降低溫度等；

(2)鹽類水解規(guī)律，已知NH3．H2O的電離平衡常數(shù)K=2×10-5，H2CO3的電離平衡常數(shù)K1=4×10-7，K2=4×10-11，所以碳酸氫根的水解程度更大，所以c(NH4+) ＞c(HCO3-)，反應NH4++HCO3-+H2O=NH3H2O+H2CO3 的平衡常數(shù)K==×===1.25×10-3；NH4HCO3溶液中n(N)=n(C)，溶液中的物料守恒為：c(NH4+)+c(NH3H2O)=c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)，故答案為＞；1.25×10-3；c(NH4+)+c(NH3H2O)=c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)；

(3)二甲醚燃料電池，電解質溶液呈酸性，則電池負極上二甲醚失去電子生成二氧化碳，電極反應式為CH3OCH3－12e－＋3H2O = 2CO2↑＋12H＋，故答案為CH3OCH3－12e－＋3H2O = 2CO2↑＋12H＋。