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的太陽能工藝如圖所示。

①若“重整系統”發生的反應中n(FeO)/n(CO2)=6，則FexOy的化學式為____________。

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

（2）工業上用CO2和H2反應合成二甲醚。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_____（填代號）。

a．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nCO2/nH2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 (NH4+)_____c(HCO3－)（填“>”、“<”或“=”）；反應NH4++HCO3－+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=4×10-7mol·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，重整系統中CO2和FeO反應生成FexOy和C，根據原子守恒確定FexOy的化學式；
②熱分解系統中是FexOy分解為FeO與氧氣，根據Fe元素化合價變價計算轉移電子；
（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．逆反應速率先增大后減小，可能是增大生成物濃度；
b．H2的轉化率增大，平衡一定正向移動；
c．反應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后反應達到平衡狀態時二氧化碳轉化率為60%，則生成CH3OCH3為6 mol60%=1.8mol，根據平均反應速率v(CH3OCH3) =；根據平衡常數僅與溫度有關，溫度不變，平衡常數不變，在相同投料比時，T1溫度下二氧化碳轉化率大，所以T1溫度下較T2溫度下正向進行程度大；

（3）根據鹽類水解規律，已知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，所以碳酸氫根的水解程度更大；

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

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

因此，本題正確答案是：Fe3O4；
②熱分解系統中是Fe3O4分解為FeO與氧氣，分解1mol Fe3O4轉移電子的物質的量為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．逆反應速率先增大后減小，可能是增大生成物濃度，平衡逆向移動，故a錯誤；
b．H2的轉化率增大，平衡一定正向移動，故b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等，平衡逆向移動，故c錯誤；
d．容器中的nCO2/nH2值變小，可能是減小二氧化碳的物質的量，平衡逆向移動，故d錯誤，
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后反應達到平衡狀態時二氧化碳轉化率為60%，則生成CH3OCH3為6 mol60%=1.8mol，

所以平均反應速率v(CH3OCH3) ==0.18mol·L-1·min-1；

平衡常數僅與溫度有關，溫度不變，平衡常數不變，所以KA=KC，在相同投料比時，T1溫度下二氧化碳轉化率大，所以T1溫度下較T2溫度下正向進行程度大，則KA=KC>KB；

因此，本題正確答案是：0.18mol·L-1·min-1；KA=KC>KB；

（3）根據鹽類水解規律，已知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，所以碳酸氫根的水解程度更大，所以c（NH4+） 大于c（HCO3-）；反應NH4++HCO3－+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常數K====1.2510-3；
故答案為：>；1.25×10-3；