Question

10．高效利用CO₂是“低碳經(jīng)濟(jì)”的有效途徑，現(xiàn)有以下兩種利用CO₂的方法．
請(qǐng)回答有關(guān)問(wèn)題．
方法一：以CO₂為原料合成甲醇，其反應(yīng)為：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.58kJ•mol^-1
若將6molCO₂和8molH₂充入一容積為2L的密閉容器中（保持溫度不變），測(cè)得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖所示（圖中字母后的數(shù)字表示對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)）．回答下列問(wèn)題：
（1）該反應(yīng)在0～8min內(nèi)CO₂的平均反應(yīng)速率為0.125mol/（L．min）
（2）此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K為0.5
（3）僅改變某一條件再實(shí)驗(yàn)，測(cè)得n（H₂）的變化如圖虛線所示．如曲線Ⅱ的改變條件可能是BD（填序號(hào)）
A．升高溫度    B．增大壓強(qiáng)C．催化劑      D．充入CO₂
方法二：用氨水捕捉煙氣中的CO₂生成銨鹽
（4）寫(xiě)出氨水捕捉煙氣中的CO₂生成碳酸氫銨的化學(xué)方程式NH₃+CO₂+H₂O=NH₄HCO₃該銨鹽溶液中陰離子濃度大小關(guān)系為c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（CO₃^2-）（電離常：NH₃•H₂OK=1.8×10^-5  H₂CO₃  K₁=4.4×10^-7、K₂=4.7×10^-11）
（5）在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能有中間產(chǎn)物氨基甲酸銨（NH₂COONH₄）生成，氨基甲酸銨在一定溫度下發(fā)生分解反應(yīng)：NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g），若該反應(yīng)平衡時(shí)總壓強(qiáng)為3aPa，保持溫度不變，將反應(yīng)容器的體積擴(kuò)大一倍，達(dá)新平衡時(shí)，p（NH₃）0.2a Pa．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，8min時(shí)△n（H₂）=8mol-2mol=6mol，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（H₂），再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（CO₂）；
（2）由圖中數(shù)據(jù)可知，8min時(shí)反應(yīng)到達(dá)平衡，平衡時(shí)氫氣物質(zhì)的量為2mol，則：
            CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）：6        8        0          0 
變化量（mol）：2        6        2          2
平衡量（mol）：4        2        2          2
計(jì)算各組分平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計(jì)算；
（3）曲線Ⅱ與實(shí)線相比，到達(dá)平衡時(shí)間縮短，反應(yīng)速率加快，且平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量減小，說(shuō)明改變條件平衡正向移動(dòng)；
（4）由題目信息可知：氨氣與二氧化碳、水反應(yīng)生成碳酸氫銨；由電離平衡常數(shù)可知，碳酸氫根的水解程度大于電離程度，氫氧根離子源于碳酸氫根水解、水的電離；
（5）保持溫度不變，平衡常數(shù)不變，平衡常數(shù)K=c²（NH₃）．c（CO₂），而平衡體系中氨氣與二氧化碳物質(zhì)的量之比為2：1，平衡時(shí)二者濃度也是2：1，則將反應(yīng)容器的體積擴(kuò)大一倍，達(dá)新平衡時(shí)相同物質(zhì)的濃度不變，故總壓強(qiáng)不變，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比．

解答 解：（1）由圖可知，8min時(shí)△n（H₂）=8mol-2mol=6mol，v（H₂）=$\frac{\frac{6mol}{2L}}{8min}$=0.375mol/（L．min），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則v（CO₂）=$\frac{1}{3}$v（H₂）=0.125mol/（L．min），
故答案為：0.125mol/（L．min）；
（2）由圖中數(shù)據(jù)可知，8min時(shí)反應(yīng)到達(dá)平衡，平衡時(shí)氫氣物質(zhì)的量為2mol，則：
           CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）：6       8         0         0
變化量（mol）：2       6         2         2
平衡量（mol）：4       2         2         2
平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{2}{2}×\frac{2}{2}}{\frac{4}{2}×（\frac{2}{2}）^{3}}$=0.5，
故答案為：0.5；
（3）曲線Ⅱ與實(shí)線相比，到達(dá)平衡時(shí)間縮短，反應(yīng)速率加快，且平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量減小，說(shuō)明改變條件平衡正向移動(dòng)；
A．升高溫度反應(yīng)速率加快，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡逆向移動(dòng)，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量增大，故A不符合；
B．增大壓強(qiáng)反應(yīng)速率加快，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，平衡正向移動(dòng)，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量減小，故B符合；
C．使用催化劑加快反應(yīng)速率，不影響平衡移動(dòng)，故C錯(cuò)誤；
D．充入CO₂加快反應(yīng)速率，平衡正向移動(dòng)，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量減小，故D符合；
故選：BD；
（4）由題目信息可知：氨氣與二氧化碳、水反應(yīng)生成碳酸氫銨，反應(yīng)方程式為：NH₃+CO₂+H₂O=NH₄HCO₃；由電離平衡常數(shù)可知，碳酸氫根的水解程度大于電離程度，氫氧根離子源于碳酸氫根水解、水的電離，溶液中陰離子濃度：c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（CO₃^2-），
故答案為：NH₃+CO₂+H₂O=NH₄HCO₃；c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（CO₃^2-）；
（5）保持溫度不變，平衡常數(shù)不變，平衡常數(shù)K=c²（NH₃）．c（CO₂），而平衡體系中氨氣與二氧化碳物質(zhì)的量之比為2：1，平衡時(shí)二者濃度也是2：1，則將反應(yīng)容器的體積擴(kuò)大一倍，達(dá)新平衡時(shí)相同物質(zhì)的濃度不變，故總壓強(qiáng)不變，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，故平衡時(shí)p（NH₃）=0.3a Pa×$\frac{2}{3}$=0.2a Pa，
故答案為：0.2a Pa．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、反應(yīng)速率計(jì)算、平衡常數(shù)等，（5）中利用壓強(qiáng)平衡常數(shù)更容易理解，難度中等．