Question

【題目】二氧化碳的捕集、利用是我國能源領域的一個重要戰略方向。

(1)科學家提出由CO2制取C的太陽能工藝如上圖所示。

①若“重整系統”發生的反應中＝6，則FexOy的化學式為________。

②“熱分解系統”中每分解1molFexOy，轉移電子的物質的量為________。

⑵工業上用CO2和H2反應合成甲醚。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達到平衡狀態后，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________(填字母)。

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．容器中的值變小

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

(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NH＋HCO＋H2ONH3·H2O＋H2CO3的平衡常數K＝__________。(已知常溫下NH3·H2O的電離平衡常數Kb＝2×10－5，H2CO3的電離平衡常數K1＝4×10－7，K2＝4×10－11)

Answer 1

【答案】⑴①Fe3O4 2mol

⑵－130.8 ①b ②0.18mol·L－1·min－1 KA＝KC>KB

⑶> 1.25×10－3

【解析】（1）①由示意圖可知，重整系統中CO2和FeO反應生成FexOy和C，發生的反應中n(FeO)/n(CO2) =6，根據Fe原子、O原子守恒可知x：y=6：（6+2）=3：4，故FexOy的化學式為Fe3O4；②“熱分解系統”中分解的方程式為2Fe3O4＝6FeO+O2↑，每分解1molFe3O4生成0.5mol氧氣，轉移電子的物質的量為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．逆反應速率先增大后減小，可能是增大生成物濃度，平衡逆向移動，錯誤；b．氫氣的轉化率增大，平衡一定正向移動，正確；c．反應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，錯誤；d．容器中的n(CO2)/n(H2)變小，可能是減小二氧化碳物質的量，平衡逆向移動，錯誤；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后反應達到平衡狀態時二氧化碳轉化率為60%，則生成CH3OCH3為6mol×60%×1/2=1.8mol，所以平均反應速率v（CH3OCH3）=1.8mol÷(2L×5min) =0.18molL-1min-1；③反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向進行，轉化率降低，因此T1＜T2，而平衡常數只與溫度有關系，則KA、KB、KC三者之間的大小關系為KA＝KC>KB ；（3）根據鹽類水解規律，已知NH3·H2O的電離平衡常數K=2×10-5，H2CO3的電離平衡常數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NH4++HCO3-+H2O＝NH3·H2O+H2CO3的平衡常數K=c(NH3H2O)c(H2CO3) /c(NH4+)c(HCO3)=c(H+)c(OH)/K(NH3H2O)K1 ＝＝1.25×10-3。