Question

【題目】二氧化碳的捕集、利用是我國(guó)能源領(lǐng)域的一個(gè)重要戰(zhàn)略方向。

(1)科學(xué)家提出由CO2制取C的太陽(yáng)能工藝如上圖所示。

①若“重整系統(tǒng)”發(fā)生的反應(yīng)中＝6，則FexOy的化學(xué)式為________。

②“熱分解系統(tǒng)”中每分解1molFexOy，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為________。

工業(yè)上用CO2和H2反應(yīng)合成甲醚。已知：

CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－53.7kJ·mol－1

CH3OCH3(g)＋H2O(g)===2CH3OH(g) ΔH2＝＋23.4kJ·mol－1

則2CO2(g)＋6H2(g)===CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH3＝________kJ·mol－1。

①一定條件下，上述合成甲醚的反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，若改變反應(yīng)的某一個(gè)條件，下列變化能說(shuō)明平衡一定向正反應(yīng)方向移動(dòng)的是________(填字母)。

a．逆反應(yīng)速率先增大后減小 b．H2的轉(zhuǎn)化率增大

c．反應(yīng)物的體積百分含量減小 d．容器中的值變小

②在某壓強(qiáng)下，合成甲醚的反應(yīng)在不同溫度、不同投料比時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率如下圖所示。T1溫度下，將6molCO2和12molH2充入2L的密閉容器中，5min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，則0～5min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OCH3)＝__________；KA、KB、KC三者之間的大小關(guān)系為____________。

(3)常溫下，用氨水吸收CO2可得到NH4HCO3溶液，在NH4HCO3溶液中，c(NH)________(填“>”、“<”或“＝”)c(HCO)；反應(yīng)NH＋HCO＋H2O=NH3·H2O＋H2CO3的平衡常數(shù)K＝__________。(已知常溫下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)

Answer 1

【答案】 Fe3O4 2mol －130.8 b 0.18mol·L－1·min－1 KA＝KC>KB > 1.25×10－3

【解析】（1）①由示意圖可知，重整系統(tǒng)中CO2和FeO反應(yīng)生成FexOy和C，發(fā)生的反應(yīng)中n(FeO)/

n(CO2) =6，根據(jù)Fe原子、O原子守恒可知x：y=6：（6+2）=3：4，故FexOy的化學(xué)式為Fe3O4；②“熱分解系統(tǒng)”中分解的方程式為2Fe3O4＝6FeO+O2↑，每分解1molFe3O4生成0.5mol氧氣，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.5mol×4＝2mol；已知：①CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－53.7kJ·mol－1，②CH3OCH3(g)＋H2O(g)===2CH3OH(g) ΔH2＝＋23.4kJ·mol－1，根據(jù)蓋斯定律，①×2-②可得：2CO2(g)＋6H2(g)＝CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH3＝－130.8kJ·mol－1。（2）①a．逆反應(yīng)速率先增大后減小，可能是增大生成物濃度，平衡逆向移動(dòng)，錯(cuò)誤；b．氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，平衡一定正向移動(dòng)，正確；c．反應(yīng)物的體積百分含量減小，可能是增大生成物濃度，平衡逆向移動(dòng)，錯(cuò)誤；d．容器中的n(CO2)/n(H2)變小，可能是減小二氧化碳物質(zhì)的量，平衡逆向移動(dòng)，錯(cuò)誤；答案選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(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)二氧化碳轉(zhuǎn)化率為60%，則生成CH3OCH3為6mol×60%×1/2=1.8mol，所以平均反應(yīng)速率v（CH3OCH3）=1.8mol÷(2L×

5min) =0.18molL-1min-1；③反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率降低，因此T1＜T2，而平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)系，則KA、KB、KC三者之間的大小關(guān)系為KA＝KC>KB ；（3）根據(jù)鹽類(lèi)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，因此c（NH4+） ＞c（HCO3-）；反應(yīng)NH4++HCO3-+H2O＝NH3·H2O+H2CO3的平衡常數(shù)K=c(NH3H2O)c(H2CO3) /

c(NH4+)c(HCO3)=c(H+)c(OH)/K(NH3H2O)K1 ＝＝1.25×10-3。