Question

【題目】二氧化碳的捕集、創(chuàng)新利用是世界能源領(lǐng)域的一個重要戰(zhàn)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(shù)Kb＝2×10－5，H2CO3的電離平衡常數(shù)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(jīng)催化加氫可合成低碳烯烴，合成乙烯的反應(yīng)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(fā)生該反應(yīng)。CO2的轉(zhuǎn)化率與溫度、投料比[]的關(guān)系如圖所示：

①該反應(yīng)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(shù)KB＝________。

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

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

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

反應(yīng)III：CH3OH(g)CH3OH(l) △H＝－c kJ·mol－1

①CH3OH(l)燃燒熱的熱化學(xué)方程式為_________。

②合成二甲醚的總反應(yīng)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(yīng)在不同溫度、不同投料比時，CO2的平衡轉(zhuǎn)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(yīng)達到平衡狀態(tài)，則0～5min內(nèi)的平均反應(yīng)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(jù)鹽類水解規(guī)律，越弱越水解，比較HCO3－與NH4＋水解程度的大小關(guān)系，進而確定c(NH4＋)和c(HCO3－)的大小關(guān)系；根據(jù)水解和電離情況，結(jié)合N元素和C元素守恒可得NH4HCO3溶液中的物料守恒；

(2)①結(jié)合圖像判斷溫度對平衡移動的影響；

②根據(jù)增加一種反應(yīng)物的用量，可提高另一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，進行分析；

③結(jié)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(wěn)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(jù)蓋斯定律和已知的熱化學(xué)方程式計算反應(yīng)熱；

②根據(jù)計算反應(yīng)速率。

(1)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＝4×10－7，K2＝4×10－11，NH3·H2O的電離平衡常數(shù)比H2CO3的電離平衡常數(shù)大，根據(jù)鹽類水解規(guī)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(jù)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(zhuǎn)化率降低，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故該反應(yīng)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(zhuǎn)化率越大，根據(jù)圖可知， x1＞x2，故答案為：＞；

③根據(jù)圖中B點的投料比為2，二氧化碳的轉(zhuǎn)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(shù)，故答案為：8

(3)①燃燒熱是指1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)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(xué)方程式為CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)，根據(jù)蓋斯定律可知，可由反應(yīng)II-反應(yīng)I-反應(yīng)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(yīng)達到平衡狀態(tài)時，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為60%，則生成CH3OCH3為6mol×60%×=1.8mol，所以平均反應(yīng)速率；故答案為：0.18molL-1min-1。