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)能工藝如圖所示。

①若“重整系統(tǒng)”發(fā)生的反應(yīng)中n(FeO)/n(CO2)=6，則FexOy的化學(xué)式為____________。

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

（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=-53.7kJ/mol，CH3OCH3(g)+H2O(g) ═ 2CH3OH(g) △H2=+23.4kJ/mol，則2CO2(g)+ 6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H3=______kJ/mol。

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．反應(yīng)物的體積百分含量減小 d．容器中的nCO2/nH2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)化率如圖所示。T1溫度下，將6 mol CO2和12molH2充入2L的密閉容器中，5 min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 (NH4+)_____c(HCO3－)（填“>”、“<”或“=”）；反應(yīng)NH4++HCO3－+H2ONH3·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=4×10-7mol·L-1，K2=4×10-11mol·L-1）

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由示意圖可以知道，重整系統(tǒng)中CO2和FeO反應(yīng)生成FexOy和C，根據(jù)原子守恒確定FexOy的化學(xué)式；
②熱分解系統(tǒng)中是FexOy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；
（2）已知：Ⅰ．CO2(g)+ 3H2(g)═CH3OH(g)+ H2O(g) △H1=-53.7kJ/mol，
Ⅱ．CH3OCH3(g)+H2O(g) ═ 2CH3OH(g) △H2=+23.4kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，Ⅰ×2-Ⅱ可得：2CO2(g)+ 6H2(g) CH3OCH3 (g)+3H2O(g)，則△H3=2△H1-△H2；
①a．逆反應(yīng)速率先增大后減小，可能是增大生成物濃度；
b．H2的轉(zhuǎn)化率增大，平衡一定正向移動(dòng)；
c．反應(yīng)物的體積百分含量減小，可能是增大生成物濃度等；
d．容器中的nCO2/nH2值變小，可能是減小二氧化碳的物質(zhì)的量；
②T1溫度下，將6 mol CO2和12molH2充入2L的密閉容器中，由圖象可以知道，5 min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6 mol60%=1.8mol，根據(jù)平均反應(yīng)速率v(CH3OCH3) =；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；

（3）根據(jù)鹽類(lèi)水解規(guī)律，已知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，所以碳酸氫根的水解程度更大；

反應(yīng)NH4++HCO3－+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常數(shù)K==。

（1）①由示意圖可以知道，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原子守恒可以知道x:y=6：（6+2）=3:4，故FexOy的化學(xué)式為Fe3O4；

因此，本題正確答案是：Fe3O4；
②熱分解系統(tǒng)中是Fe3O4分解為FeO與氧氣，分解1mol Fe3O4轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1mol3(-2)=2mol，

因此，本題正確答案是：2mol；
（2）已知：Ⅰ．CO2(g)+ 3H2(g)═CH3OH(g)+ H2O(g) △H1=-53.7kJ/mol，
Ⅱ．CH3OCH3(g)+H2O(g) ═ 2CH3OH(g) △H2=+23.4kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，Ⅰ×2-Ⅱ可得：2CO2(g)+ 6H2(g) CH3OCH3 (g)+3H2O(g)，則△H3=2△H1-△H2=2(-53.7kJ/mol)- 23.4kJ/mol =-130.8 kJ/mol；

因此，本題正確答案是：-130.8；
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．H2的轉(zhuǎn)化率增大，平衡一定正向移動(dòng)，故b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等，平衡逆向移動(dòng)，故c錯(cuò)誤；
d．容器中的nCO2/nH2值變小，可能是減小二氧化碳的物質(zhì)的量，平衡逆向移動(dòng)，故d錯(cuò)誤，
故選：b；

②T1溫度下，將6 mol CO2和12molH2充入2L的密閉容器中，由圖象可以知道，5 min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6 mol60%=1.8mol，

所以平均反應(yīng)速率v(CH3OCH3) ==0.18mol·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KA=KC，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，則KA=KC>KB；

因此，本題正確答案是：0.18mol·L-1·min-1；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)Kb=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c（NH4+） 大于c（HCO3-）；反應(yīng)NH4++HCO3－+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常數(shù)K====1.2510-3；
故答案為：>；1.25×10-3；