Question

10．碳及其化合物在工農(nóng)業(yè)上有重要作用．
（1）水煤氣是將水蒸氣通過(guò)灼熱的焦炭而生成的氣體，水煤氣的主要成分為CO、H₂（用化學(xué)式表示）；
（2）高溫時(shí)，用CO還原MgSO₄可制備高純度MgO．若在750℃時(shí)，測(cè)得氣體中含有等物質(zhì)的量的SO₂、SO₃，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為2MgSO₄+CO $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2MgO+SO₂+SO₃+CO₂；

（3）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．科學(xué)家提出由CO₂制取碳的太陽(yáng)能工藝如圖1所示．
①若“重整系統(tǒng)”發(fā)生的反應(yīng)中$\frac{n（FeO）}{n（C{O}_{2}）}$=6，則Fe_xO_y的化學(xué)式為Fe₃O₄；
②“熱分解系統(tǒng)”中每分解1mol Fe_xO_y，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol．
（4）工業(yè)上用CO₂和H₂反應(yīng)合成甲醚．
已知：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-130.8KJ•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c（填標(biāo)號(hào)）．
a．逆反應(yīng)速率先增大后減小        b．反應(yīng)物的體積百分含量減小
c．H₂的轉(zhuǎn)化率增大                      d．容器中的$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}）}$值變小
②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)化率如圖2所示．T₁溫度下，將4molCO₂和8molH₂充入2L的密閉容器中，5min后該反應(yīng)達(dá)到平衡，則0～5min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（CH₃OCH₃）=0.12mol•L^-1•min^-1；K_A、K_B、K_C三者之間的大小關(guān)系為K_A=K_C＞K_B．
（5）常溫下，用氨水吸收CO₂可得到NH₄HCO₃溶液，在該溶液中，c（NH₄⁺）＞（填“＞”、“＜”或“=”）c（HCO₃^-）；反應(yīng)NH₄⁺+HCO₃^-+H₂O?NH₃•H₂O+H₂CO₃的平衡常數(shù)K=1.25×10^-3．（已知常溫下NH₃•H₂O的電離平衡常數(shù)K_b=2×10^-5，H₂CO₃的電離平衡常數(shù)K₁=4×10^-7，K₂=4×10^-11）

Answer 1

分析 （1）水煤氣是將水蒸氣通過(guò)灼熱的焦炭發(fā)生氧化還原反應(yīng)而生成的氣體為一氧化碳和氫氣；
（2）用CO還原MgSO₄可得到MgO、CO₂、SO₂和SO₃，原子守恒電子守恒配平書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；
（3）①由示意圖可知，重整系統(tǒng)中CO₂和FeO反應(yīng)生成Fe_xO_y和C，根據(jù)原子守恒確定Fe_xO_y的化學(xué)式；
②熱分解系統(tǒng)中是Fe_xO_y分解為FeO與氧氣，根據(jù)Fe元素化合價(jià)變價(jià)計(jì)算轉(zhuǎn)移電子；
（4）①a．逆反應(yīng)速率先增大后減小，可能是增大生成物濃度；
b．反應(yīng)物的體積百分含量減小，可能是增大生成物濃度等；
c．H₂的轉(zhuǎn)化率增大，平衡一定正向移動(dòng)；
d．容器中的$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}）}$值變小，可能是減小二氧化碳的物質(zhì)的量；
②T₁溫度下，將4molCO₂和8molH₂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4mol×60%×$\frac{1}{2}$=1.2mol，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)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，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溫度下正向進(jìn)行程度大；
（5）根據(jù)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，越弱越水解判斷；反應(yīng)NH₄⁺+HCO₃^-+H₂O═NH₃．H₂O+H₂CO₃的平衡常數(shù)K=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}_{2}C{O}_{3}）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（HC{{O}_{3}}^{-}）}$=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}_{2}C{O}_{3}）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（HC{{O}_{3}}^{-}）}$×$\frac{c（{H}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（{H}^{+}）c（O{H}^{-}）}$=$\frac{Kw}{Kb×K{a}_{1}}$進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）水煤氣是將水蒸氣通過(guò)灼熱的焦炭發(fā)生氧化還原反應(yīng)而生成的氣體，主要成分為一氧化碳和氫氣，化學(xué)式為：CO、H₂，
故答案為：CO、H₂；
（2）高溫時(shí)，用CO還原MgSO₄可制備高純度MgO．若在750℃時(shí)，測(cè)得氣體中含有等物質(zhì)的量的SO₂、SO₃，一氧化碳被以為二氧化碳，用CO還原MgSO₄可得到MgO、CO₂、SO₂和SO₃，方程式為CO+2MgSO₄ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃；
故答案為：CO+2MgSO₄ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃；
（3）①由示意圖可知，重整系統(tǒng)中CO₂和FeO反應(yīng)生成Fe_xO_y和C，發(fā)生的反應(yīng)中$\frac{n（FeO）}{n（C{O}_{2}）}$=6，根據(jù)Fe原子、O原子守恒可知x：y=6：（6+2）=3：4，故Fe_xO_y的化學(xué)式為Fe₃O₄，
故答案為：Fe₃O₄；
②熱分解系統(tǒng)中是Fe₃O₄分解為FeO與氧氣，分解l mol Fe₃O₄轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1mol×3×（$\frac{8}{3}$-2）=2mol，故答案為：2mol；
（4）①a．逆反應(yīng)速率先增大后減小，可能是增大生成物濃度，平衡逆向移動(dòng)，故a錯(cuò)誤；
b．反應(yīng)物的體積百分含量減小，可能是增大生成物濃度，平衡逆向移動(dòng)，故b錯(cuò)誤；
c．H₂的轉(zhuǎn)化率增大，平衡一定正向移動(dòng)，故c正確；
d．容器中的$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}）}$值變小，可能是減小二氧化碳物質(zhì)的量，平衡逆向移動(dòng)，故d錯(cuò)誤，
故答案為：c；
②T₁溫度下，將4molCO₂和8molH₂充入2L的密閉容器中，由圖象可知，5min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)二氧化碳轉(zhuǎn)化率為60%，則生成CH₃OCH₃為4mol×60%×$\frac{1}{2}$=1.2mol，所以平均反應(yīng)速率v（CH₃OCH₃）=$\frac{\frac{1.2mol}{2L}}{5min}$=0.12mol•L^-1•min^-1，
平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以K_A=K_C，在相同投料比時(shí)，T₁溫度下二氧化碳轉(zhuǎn)化率大，所以T₁溫度下正向進(jìn)行程度故T₂溫度大，則K_A=K_C＞K_B，
故答案為：0.12mol•L^-1•min^-1；  K_A=K_C＞K_B；
（5）根據(jù)鹽類水解規(guī)律，已知NH₃．H₂O的電離平衡常數(shù)K=2×10^-5，H₂CO₃的電離平衡常數(shù)K₁=4×10^-7，K₂=4×10^-11，所以碳酸氫根的水解程度更大，所以NH₄HCO₃顯堿性；在NH₄HCO₃溶液中，c（NH₄⁺）＞c（HCO₃^-），反應(yīng)NH₄⁺+HCO₃^-+H₂O═NH₃．H₂O+H₂CO₃的平衡常數(shù)K=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}_{2}C{O}_{3}）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（HC{{O}_{3}}^{-}）}$=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}_{2}C{O}_{3}）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（HC{{O}_{3}}^{-}）}$×$\frac{c（{H}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（{H}^{+}）c（O{H}^{-}）}$=$\frac{Kw}{Kb×K{a}_{1}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{2×1{0}^{-5}×4×1{0}^{-7}}$=1.25×10^-3，
故答案為：＞； 1.25×10^-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、對(duì)圖象分析提取信息能力、鹽類水解、影響化學(xué)平衡因素分析、平衡常數(shù)計(jì)算等，較好的考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移應(yīng)用，題目難度中等．