Question

二氯化碳利用具有十分重要的意义，科学家有以下几个设想。

（1）用太阳能将CO₂转化成O₂和C(石墨烯），其设想如下：

①Fe₃O₄中Fe的化合价是+ 2和    __________；

②重整系统发生反应的化学方程式为______________________________。

（2）二氧化碳和氢气在催化剂作用下可制取低碳烯烃。在一密闭容器中分别投入1molCO₂、3molH₂，发生反应：2CO₂(g)+6H₂(g)C₂H₄ (g)+ 4H₂O(g)  △H；在不同温度下，用传感技术测出平衡时H₂的物质的量变化关系如右下图所示。

①    其它条件不变，起始时若按lmolCO₂、2molH₂进行投料，CO₂转化率将_____________(填“增大”、“ 减小”或“不变”）；

②△H________0（填“>”“<”“ 不能确定”）。

③若测试中体系内无氧气产生，试结合图示推断热稳定性C₂H₄ ________    H₂O （填“>”“<”“ 不能确定”）。

（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

则利用NH₃• H₂O吸收CO₂制备NH₄HCO₃的热化学方程式为_____________________________；

②已知常温下相关数据如表：

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

则反应NH₄⁺+HCO₃^-+H₂ONH₃• H₂O+ H₂CO₃的平衡常数k=___________。

Answer

+3 6FeO+CO2==2Fe3O4+C 减小 < < NH3·H2O(aq)+CO2(g)NH4+ (aq)+ HCO3-(aq) △H=(a+b+c) kJ•mol-1 1.25×10-3

【解析】（1）①本题考查四氧化三铁中铁的价态，四氧化三铁中铁元素以＋2价、＋3价；②根据原理，重整系统中加入FeO和CO2，生成石墨烯和Fe3O4，因此反应方程式为6FeO+CO2=2Fe3O4+C；（2）本题考查影响化学反应平衡移动的因素，①现在通入1molCO2和2molH2，相当于在原来的基础上减少氢气的量，平衡向逆反应方向进行，CO2的转化率减小；②随着温度的升高，氢气的物质的量增大，说明反应向逆反应方向进行，根据勒夏特列原理，正反应方向是放热反应，即△H<0；③根据图示，如果乙烯的稳定性大于水，则会产生氧气，但现在体系中没有氧气产生，因此C2H4的稳定性小于H2O；（3）①本题考查热化学反应方程式的计算，NH3·H2O(aq) NH4+ (aq) +OH-(aq) ①，CO2 (g) + H2O(l)H2CO3 (aq)②，H2CO3(aq) + OH-(aq)HCO3-(aq) + H2O(l)③，NH3·H2O与CO2反应生成NH4HCO3的反应是NH3·H2O＋CO2=NH4HCO3，因此是①＋②＋③得出NH3·H2O(aq)+CO2(g)NH4+ (aq)+ HCO3-(aq) △H=(a+b+c) kJ•mol-1；②根据反应，平衡常数K=c(H2CO3)×c(NH3·H2O)/[c(NH4＋)×c(HCO3－)]，分子分母同乘以c(H＋)×c(OH－),得出：K=Kw/(Ka1(H2CO3)×Kb(NH3·H2O)=1.25×10－3。

点睛：本题的难点在平衡常数的计算，需要先写出平衡常数的表达式，即K=c(H2CO3)×c(NH3·H2O)/[c(NH4＋)×c(HCO3－)]，然后利用题目中所给电离平衡常数，对平衡常数进行变形，得到K=Kw/(Ka1(H2CO3)×Kb(NH3·H2O)，代入数值，进行计算即可。