Question

【題目】二氧化碳的捕集、創新利用是世界能源領域的一個重要戰略方向。

(1)用稀氨水噴霧捕集CO2。常溫下，用氨水吸收CO2可得到NH4HCO3溶液。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。在NH4HCO3溶液中，c(NH4＋)___________(填“>”“<”或“＝”)c(HCO3－)；NH4HCO3溶液中物料守恒表達式為________。

(2)CO2經催化加氫可合成低碳烯烴，合成乙烯的反應為2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g) △H。向1 L恒容密閉容器中充入2 mol CO2(g)和n mol H2(g)，在一定條件下發生該反應。CO2的轉化率與溫度、投料比[]的關系如圖所示：

①該反應的△H_______0(填“>”“<“或“＝”)。

②圖中x1________(填“<”“>”或“＝”)x2。

③若圖中B點的投料比為2，則500℃時的平衡常數KB＝________。

(3)工業上用CO2生產甲醇燃料，進一步可合成二甲醚。已知：298K和101kPa條件下，

反應I：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(l) △H＝—a kJ·mol－1

反應II：2H2(g)＋O2(g)2H2O(1) △H＝－b kJ·mol－1

反應III：CH3OH(g)CH3OH(l) △H＝－c kJ·mol－1

①CH3OH(l)燃燒熱的熱化學方程式為_________。

②合成二甲醚的總反應為2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g) △H＝－130.8 kJ·mol－1。在某壓強下，合成二甲醚的反應在不同溫度、不同投料比時，CO2的平衡轉化率如圖所示。T1溫度下，將6 mol CO2和12 mol H2充入2 L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)＝______________。

Answer 1

【答案】＞ c(NH4+)+ c(NH3H2O)= c(CO32-)+ c(HCO3-)+ c(H2CO3) ＜ ＞ 8 CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) 0.18molL-1min-1

【解析】

(1)根據鹽類水解規律，越弱越水解，比較HCO3－與NH4＋水解程度的大小關系，進而確定c(NH4＋)和c(HCO3－)的大小關系；根據水解和電離情況，結合N元素和C元素守恒可得NH4HCO3溶液中的物料守恒；

(2)①結合圖像判斷溫度對平衡移動的影響；

②根據增加一種反應物的用量，可提高另一反應物的轉化率，進行分析；

③結合已知信息列出三段式進行計算；

(3)①燃燒熱是指1mol可燃物完全燃燒生成穩定氧化物時所放出的熱量，例如C→CO2(g)，S→SO2(g)，H→H2O(l)，先寫出表示燃燒熱的方程式，再根據蓋斯定律和已知的熱化學方程式計算反應熱；

②根據計算反應速率。

(1)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，NH3·H2O的電離平衡常數比H2CO3的電離平衡常數大，根據鹽類水解規律，越弱越水解，可知HCO3－的水解程度比NH4＋的水解程度大，所以c(NH4＋)＞c(HCO3－)；根據N元素和C元素守恒可得NH4HCO3溶液中，物料守恒表達式為c(NH4+)+ c(NH3H2O)= c(CO32-)+ c(HCO3-)+ c(H2CO3)，故答案為：＞；c(NH4+)+ c(NH3H2O)= c(CO32-)+ c(HCO3-)+ c(H2CO3)；

(2)①由圖可知，升高溫度，CO2的轉化率降低，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應為放熱反應，故該反應的△H＜0，故答案為：＜；

②相同溫度條件下，投料比越大，說明氫氣越多，則二氧化碳的轉化率越大，根據圖可知， x1＞x2，故答案為：＞；

③根據圖中B點的投料比為2，二氧化碳的轉化率為50%，容器容積為1L，可列出三段式（單位為mol/L），，則500℃時的平衡常數，故答案為：8

(3)①燃燒熱是指1mol可燃物完全燃燒生成穩定氧化物時所放出的熱量，例如C→CO2(g)，S→SO2(g)，H→H2O(l)，則表示CH3OH(l)燃燒熱的化學方程式為CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)，根據蓋斯定律可知，可由反應II-反應I-反應III得到CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)，則，故答案為：CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ；

②T1溫度下，將6molCO2和12molH2充入2L的密閉容器中，此時投料比等于2，由圖象可知，5min后反應達到平衡狀態時，二氧化碳的轉化率為60%，則生成CH3OCH3為6mol×60%×=1.8mol，所以平均反應速率；故答案為：0.18molL-1min-1。