Question

8．二氧化碳的捕捉和利用是我國能源領(lǐng)域的一個(gè)重要戰(zhàn)略方向．
（1）CO₂的電子式是，所含化學(xué)鍵的類型是共價(jià)鍵．
（2）工業(yè)上用CO₂和H₂反應(yīng)合成二甲醚．已知：
CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.1kJ•mol^-1
2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-24.5kJ•mol^-1
①寫出CO₂（g）和H₂（g）轉(zhuǎn)化為CH₃OCH₃（g）和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式2CO₂（g）+6H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.7 kJ•mol^-1．
②一定條件下，上述合成二甲醚的反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，若改變反應(yīng)的某個(gè)條件，下列變化能說明平衡一定向正反應(yīng)方向移動(dòng)的是（只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意）b（填字母代號(hào)）．
a．逆反應(yīng)速率先增大后減小
b．H₂的轉(zhuǎn)化率增大
c．CO₂的體積百分含量減小
d．容器中c（H₂）/c（CO₂）的值減小
③在某壓強(qiáng)下，合成二甲醚的反應(yīng)在不同溫度、不同投料比時(shí)，CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率如右圖所示．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）=0.18 mol．L^-1min^-1；K_A、K_B、K_C三者之間的大小關(guān)系為K_A=K_C＞K_B．
（3）CO₂溶于水形成H₂CO₃．已知常溫下H₂CO₃的電離平衡常數(shù)K₁=4.4×10^-7，K₂=4.7×10^-11，NH₃•H₂O的電離平衡常數(shù)K=1.75×10^-5．常溫下，用氨水吸收CO₂可得到NH₄HCO₃溶液，NH₄HCO₃溶液顯堿性；（填“酸性”、“中性”或“堿性”）；請(qǐng)計(jì)算反應(yīng)NH₄⁺+HCO₃^-+H₂O═NH₃•H₂O+H₂CO₃的平衡常數(shù)K=1.3×10^-3．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)CO₂為共價(jià)化合物書寫電子式判斷所含化學(xué)鍵；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.1kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-24.5kJ•mol^-1
①根據(jù)蓋斯定律①×2+②書寫CO₂（g）加H₂（g）轉(zhuǎn)化為CH₃OCH₃（g）和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式；
②a．逆反應(yīng)速率先增大后減小，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
 b．H₂的轉(zhuǎn)化率增大，說明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；                   
c．CO₂的體積百分含量減小，可能為減小二氧化碳的量使平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
d．容器中c（H₂）/c（CO₂）的值減小，可能為減小氫氣的量使平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
③T₁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%×$\frac{1}{2}$=1.8mol，根據(jù)平均反應(yīng)速率v（CH₃OCH₃）=$\frac{△c}{△t}$；根據(jù)平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)比較K_A、K_B、K_C三者之間的大小關(guān)系；
（3）根據(jù)鹽類水解規(guī)律，已知NH₃．H₂O的電離平衡常數(shù)K=1.75×10^-5，H₂CO₃的電離平衡常數(shù)K₁=4.4×10^-7，K₂=4.7×10^-11，越弱越水解判斷；反應(yīng)NH₄⁺+HCO₃^-+H₂O═NH₃．H₂O+H₂CO₃的平衡常數(shù)K=$\frac{c（NH{\;}_{3}•H{\;}_{2}O）c（H{\;}_{2}CO{\;}_{3}）}{c（NH{\;}_{4}{\;}^{+}）c（HCO{\;}_{3}{\;}^{-}）}$=$\frac{c（H{\;}^{+}）c（OH{\;}^{-}）}{K（NH{\;}_{3}•H{\;}_{2}O）K{\;}_{1}}$進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）因?yàn)镃O₂為共價(jià)化合物，則電子式為，所含化學(xué)鍵為共價(jià)鍵，故答案為：；共價(jià)鍵；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.1kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-24.5kJ•mol^-1
①根據(jù)蓋斯定律①×2+②，則CO₂（g）加H₂（g）轉(zhuǎn)化為CH₃OCH₃（g）和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式為2CO₂（g）+6H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.7 kJ•mol^-1，
故答案為：2CO₂（g）+6H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.7 kJ•mol^-1；
②a．逆反應(yīng)速率先增大后減小，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故不選；
 b．H₂的轉(zhuǎn)化率增大，說明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故選；                   
c．CO₂的體積百分含量減小，可能為減小二氧化碳的量使平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故不選；
d．容器中c（H₂）/c（CO₂）的值減小，可能為減小氫氣的量使平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故不選；
故選：b；
③T₁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%×$\frac{1}{2}$=1.8mol，所以平均反應(yīng)速率v（CH₃OCH₃）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{1.8mol}{2L}}{5min}$0.18 mol．L^-1min^-1；又平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)，所以K_A=K_C，又根據(jù)圖象在相同投料比時(shí)T₁溫度下二氧化碳轉(zhuǎn)化率大，所以T₁溫度下較T₂溫度下反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則K_A=K_C＞K_B，
故答案為：0.18 mol．L^-1min^-1；K_A=K_C＞K_B；
（3）根據(jù)鹽類水解規(guī)律，已知NH₃．H₂O的電離平衡常數(shù)K=1.75×10^-5，H₂CO₃的電離平衡常數(shù)K₁=4.4×10^-7，K₂=4.7×10^-11，所以碳酸氫根的水解程度更大，所以NH₄HCO₃顯堿性；反應(yīng)NH₄⁺+HCO₃^-+H₂O═NH₃．H₂O+H₂CO₃的平衡常數(shù)K=$\frac{c（NH{\;}_{3}•H{\;}_{2}O）c（H{\;}_{2}CO{\;}_{3}）}{c（NH{\;}_{4}{\;}^{+}）c（HCO{\;}_{3}{\;}^{-}）}$=$\frac{c（H{\;}^{+}）c（OH{\;}^{-}）}{K（NH{\;}_{3}•H{\;}_{2}O）K{\;}_{1}}$=$\frac{10{\;}^{-14}}{1.75×10{\;}^{-5}×4.4×10{\;}^{-7}}$=1.3×10^-3；
故答案為：堿性；1.3×10^-3．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、蓋斯定律的應(yīng)用，為高考常見題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，注意把握?qǐng)D象的分析，較好的考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移應(yīng)用，難度中等．