Question

二氧化碳的捕集、利用是我国能源领域的一个重要战略方向。

(1)科学家提出由CO₂制取C的太阳能工艺如上图所示。

①若“重整系统”发生的反应中＝6，则Fe_xO_y的化学式为________。

②“热分解系统”中每分解1molFe_xO_y，转移电子的物质的量为________。

工业上用CO₂和H₂反应合成甲醚。已知：

CO₂(g)＋3H₂(g)===CH₃OH(g)＋H₂O(g)   ΔH₁＝－53.7kJ·mol^－1

CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)===2CH₃OH(g)   ΔH₂＝＋23.4kJ·mol^－1

则2CO₂(g)＋6H₂(g)===CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(g)　ΔH₃＝________kJ·mol^－1。

①一定条件下，上述合成甲醚的反应达到平衡状态后，若改变反应的某一个条件，下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是________(填字母)。

a．逆反应速率先增大后减小           b．H₂的转化率增大

c．反应物的体积百分含量减小         d．容器中的值变小

②在某压强下，合成甲醚的反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率如下图所示。T₁温度下，将6molCO₂和12molH₂充入2L的密闭容器中，5min后反应达到平衡状态，则0～5min内的平均反应速率v(CH₃OCH₃)＝__________；K_A、K_B、K_C三者之间的大小关系为____________。

(3)常温下，用氨水吸收CO₂可得到NH₄HCO₃溶液，在NH₄HCO₃溶液中，c(NH)________(填“>”、“<”或“＝”)c(HCO)；反应NH＋HCO＋H₂O=NH₃·H₂O＋H₂CO₃的平衡常数K＝__________。(已知常温下NH₃·H₂O的电离平衡常数K_b＝2×10^－5，H₂CO₃的电离平衡常数K₁＝4×10^－7，K₂＝4×10^－11)

Answer

Fe3O4 2mol －130.8 b 0.18mol·L－1·min－1 KA＝KC>KB > 1.25×10－3

【解析】（1）①由示意图可知，重整系统中CO2和FeO反应生成FexOy和C，发生的反应中n(FeO)/

n(CO2) =6，根据Fe原子、O原子守恒可知x：y=6：（6+2）=3：4，故FexOy的化学式为Fe3O4；②“热分解系统”中分解的方程式为2Fe3O4＝6FeO+O2↑，每分解1molFe3O4生成0.5mol氧气，转移电子的物质的量为0.5mol×4＝2mol；已知：①CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－53.7kJ·mol－1，②CH3OCH3(g)＋H2O(g)===2CH3OH(g) ΔH2＝＋23.4kJ·mol－1，根据盖斯定律，①×2-②可得：2CO2(g)＋6H2(g)＝CH3OCH3(g)＋3H2O(g) ΔH3＝－130.8kJ·mol－1。（2）①a．逆反应速率先增大后减小，可能是增大生成物浓度，平衡逆向移动，错误；b．氢气的转化率增大，平衡一定正向移动，正确；c．反应物的体积百分含量减小，可能是增大生成物浓度，平衡逆向移动，错误；d．容器中的n(CO2)/n(H2)变小，可能是减小二氧化碳物质的量，平衡逆向移动，错误；答案选b。②T1温度下，将6molCO2和12molH2充入2L的密闭容器中，由图象可知，5min后反应达到平衡状态时二氧化碳转化率为60%，则生成CH3OCH3为6mol×60%×1/2=1.8mol，所以平均反应速率v（CH3OCH3）=1.8mol÷(2L×

5min) =0.18mol•L-1•min-1；③反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向进行，转化率降低，因此T1＜T2，而平衡常数只与温度有关系，则KA、KB、KC三者之间的大小关系为KA＝KC>KB ；（3）根据盐类水解规律，已知NH3·H2O的电离平衡常数K=2×10-5，H2CO3的电离平衡常数K1=4×10-7，K2=4×10-11，所以碳酸氢根的水解程度更大，因此c（NH4+） ＞c（HCO3-）；反应NH4++HCO3-+H2O＝NH3·H2O+H2CO3的平衡常数K=c(NH3•H2O)c(H2CO3) /

c(NH4+)c(HCO3−)=c(H+)c(OH−)/K(NH3•H2O)K1 ＝＝1.25×10-3。