Question

2．二氯化碳利用具有十分重要的意義，科學(xué)家有以下幾個(gè)設(shè)想．
（1）用太陽(yáng)能將CO₂轉(zhuǎn)化成O₂和C（石墨烯），其設(shè)想如圖1：
①Fe₃O₄中Fe的化合價(jià)是+2和+3；
②重整系統(tǒng)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為6FeO+CO₂═2Fe₃O₄+C．

（2）二氧化碳和氫氣在催化劑作用下可制取低碳烯烴．在一密閉容器中分別投入1molCO₂、3molH₂，發(fā)生反應(yīng)：2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄ （g）+4H₂O（g）△H；在不同溫度下，用傳感技術(shù)測(cè)出平衡時(shí)H2的物質(zhì)的量變化關(guān)系如圖2所示．
①其它條件不變，起始時(shí)若按lmolCO₂、2molH₂進(jìn)行投料，CO₂轉(zhuǎn)化率將減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）；
②△H＜0（填“＞”“＜”“不能確定”）．
③若測(cè)試中體系內(nèi)無(wú)氧氣產(chǎn)生，試結(jié)合圖示推斷熱穩(wěn)定性C₂H₄＜H₂O （填“＞”“＜”“不能確定”）．
（3）用氨水吸收CO₂制化肥（NH₄HCO₃）
①已知：NH₃•H₂O（aq）?NH₄⁺（aq）+OH^-（aq）△H₁=a kJ•mol^-1
CO₂ （g）+H₂O（l）?H₂CO₃ （aq）△H₂=bkJ•mol^-1
H₂CO₃（aq）+OH^-（aq）?HCO₃^-（aq）+H₂O（l）△H₃=ckJ•mol^-1
則利用NH₃•H₂O吸收CO₂制備N(xiāo)H₄HCO₃的熱化學(xué)方程式為NH₃•H₂O+CO₂═NH₄⁺+HCO₃^-△H=（a+b+c）kJ/mol；
②已知常溫下相關(guān)數(shù)據(jù)如表：

Kb（NH3•H2O）	2×10-5mol•L-1
Ka1（H2CO3）	4×10-7mol•L-1
Ka2（H2CO3）	4×10-11mol•L-1

則反應(yīng)NH₄⁺+HCO₃^-+H₂O?NH₃•H₂O+H₂CO₃的平衡常數(shù)k=1.25×10^-3．

Answer 1

分析 （1）①Fe₃O₄的組分為Fe₂O₃•FeO，據(jù)此分析Fe的化合價(jià)；
②根據(jù)轉(zhuǎn)化圖分析，重整系統(tǒng)中FeO和CO₂反應(yīng)，生成Fe₃O₄和石墨烯（即C），據(jù)此寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（2）①原為按1molCO₂和3molH₂的物料比反應(yīng)，其它條件不變，起始時(shí)若按lmolCO₂、2molH₂進(jìn)行投料，相當(dāng)于減小了反應(yīng)物濃度，則化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，
②升高溫度，H₂達(dá)到平衡時(shí)的物質(zhì)的量增大，升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱方向移動(dòng)；
③若測(cè)試中體系內(nèi)無(wú)氧氣產(chǎn)生，物質(zhì)越穩(wěn)定，越容易生成；
（3）①根據(jù)蓋斯定律計(jì)算焓變；
②根據(jù)多重平衡規(guī)則計(jì)算反應(yīng)的平衡常數(shù)K．

解答 解：（1）①Fe₃O₄的組分為Fe₂O₃•FeO，則Fe₃O₄中Fe的化合價(jià)是+2和+3，
故答案為：+3；
②根據(jù)轉(zhuǎn)化圖分析，重整系統(tǒng)中FeO和CO₂反應(yīng)，生成Fe₃O₄和石墨烯（即C），則重整系統(tǒng)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：6FeO+CO₂═2Fe₃O₄+C，
故答案為：6FeO+CO₂═2Fe₃O₄+C；
（2）①原為按1molCO₂和3molH₂的物料比反應(yīng)，其它條件不變，起始時(shí)若按lmolCO₂、2molH₂進(jìn)行投料，相當(dāng)于減小了反應(yīng)物濃度，則化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO₂轉(zhuǎn)化率將減小，
故答案為：減�。�
②升高溫度，H₂達(dá)到平衡時(shí)的物質(zhì)的量增大，升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱方向移動(dòng)，即逆反應(yīng)方向，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則△H＜0，
故答案為：＜；
③若測(cè)試中體系內(nèi)無(wú)氧氣產(chǎn)生，物質(zhì)越穩(wěn)定，越容易生成，產(chǎn)生1molC₂H₄的同時(shí)，產(chǎn)生4molC₂H₄，則熱穩(wěn)定性C₂H₄＜H₂O，
故答案為：＜；
（3）①已知：①NH₃•H₂O（aq）?NH₄⁺（aq）+OH^-（aq）△H₁=a kJ/mol，
                      ②CO₂ （g）+H₂O（l）?H₂CO₃ （aq）△H₂=bkJ/mol，
                      ③H₂CO₃（aq）+OH^-（aq）?HCO₃^-（aq）+H₂O（l）△H₃=ckJ/mol，
NH₃•H₂O吸收CO₂制備N(xiāo)H₄HCO₃的化學(xué)方程式為：NH₃•H₂O+CO₂═NH₄⁺+HCO₃^-，該反應(yīng)可由①+②+③得到，根據(jù)蓋斯定律，該反應(yīng)的焓變△H=△H₁+△H₂+△H₃=（a+b+c）kJ/mol，
故答案為：NH₃•H₂O+CO₂═NH₄⁺+HCO₃^-△H=（a+b+c）kJ/mol；
②根據(jù)多重平衡規(guī)則，反應(yīng)NH₄⁺+HCO₃^-+H₂O?NH₃•H₂O+H₂CO₃的化學(xué)平常數(shù)為K=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}_{2}C{O}_{3}）}{c（N{H}_{4}^{+}）c（HC{O}_{3}^{-}）}$=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}_{2}C{O}_{3}）}{c（N{H}_{4}^{+}）c（HC{O}_{3}^{-}）}$•$\frac{c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{{K}_{w}}{{K}_（N{H}_{3}•{H}_{2}O）{K}_{a1}（{H}_{2}C{O}_{3}）}$=$\frac{1{0}^{-14}}{2×1{0}^{-5}×4×1{0}^{-7}}$=1.25×10^-3，
故答案為：1.25×10^-3．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)原理部分知識(shí)，包含氧化還原反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)和配平，熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)，蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，化學(xué)平衡的移動(dòng)，均為高頻考點(diǎn)，題目難度中等，試題有助于培養(yǎng)綜合分析問(wèn)題的能力，平時(shí)需加強(qiáng)綜合能力的訓(xùn)練．