Question

碳及其化合物在工农业上有重要作用。

（1）水煤气是将水蒸气通过灼热的焦炭而生成的气体，水煤气的主要成分为_________

（用化学式表示）；

（2）高温时，用CO还原MgSO₄可制备高纯度MgO。若在750℃时，测得气体中含有等物质的量的SO₂、SO₃，则反应的化学方程式为____________；

（3）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。科学家提出由CO₂制取碳的太阳能工艺如右图所示。

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1mol Fe_xO_y，转移电子的物质的量为____________。

（4）工业上用CO₂和H₂反应合成甲醚。

已知：2CO₂(g)＋6H₂(g) CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(g) ΔH＝−130.8 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____________（填标号）。

a．逆反应速率先增大后减小        b．反应物的体积百分含量减小

c．H₂的转化率增大               d．容器中的n(CO₂)/n(H₂)值变小

②某压强下，合成甲醚的反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率如图所示。

T₁温度下，将4molCO₂和8molH₂充入2L的密闭容器中，5min后该反应达到平衡，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_____________。

（5）常温下，用氨水吸收CO₂可得到NH₄HCO₃溶液，在该溶液中，c(NH₄⁺)________（填“>”、“<”或“＝”）c(HCO₃^-；反应NH₄⁺＋HCO₃^‑＋H₂ONH₃·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

CO、H2 2MgSO4 + CO 2MgO + SO2 +SO3 +CO2 Fe3O4 2mol c 0.12mol·L－1·min－1 KA＝KC＞KB > 1.25×10－3

【解析】（1）水煤气的主要成分为CO、H2；（2）高温时，用CO还原MgSO4可制备高纯度MgO，同时还有CO2生成。若在750℃时，测得气体中含有等物质的量的SO2、SO3，则根据原子守恒可知反应的化学方程式为2MgSO4 + CO 2MgO + SO2 +SO3 +CO2；（3）①根据流程知“重整系统”氧化亚铁和二氧化碳反应生成铁的氧化物和碳，当氧化亚铁和二氧化碳的物质的量之比为6时根据原子守恒确定FexOy的化学式为Fe3O4。②四氧化三铁分解的方程式为Fe3O4=3FeO+1/2O2↑，因此“热分解系统”中每分解1mol FexOy，生成0.5mol氧气，转移电子的物质的量为2mol。（4）①a．增大生成物的浓度，逆反应速率先增大后减小，平衡逆向移动，a错误；b．减小反应物的浓度，反应物的体积百分含量减小，平衡逆向移动，b错误；c．H2的转化率增大，平衡一定向正反应方向移动，c正确；d．减小二氧化碳的浓度，平衡逆向移动，容器中的值变小，d错误，答案选c。②分析图像知T1温度下，将4mol CO2和8mol H2充入2 L的密闭容器中，5 min后反应达到平衡，CO2的转化率为60%，则参加反应的二氧化碳的物质的量为2.4mol，生成二甲醚的物质的量为1.2mol，则0～5 min内的平均反应速率v (CH3OCH3) =1.2mol÷(2L×5min)=0.12mol/(L·min)；③合成二甲醚的反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向进行，CO2的转化率降低，因此温度T2大于T1。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 ；（5）分析题给电离常数知一水合氨的电离程度大于碳酸的一级电离程度，则碳酸氢根的水解程度大于铵离子的水解程度，则NH4HCO3溶液中，c(NH4+)＞c(HCO3-)；反应NH4+＋HCO3-＋H2ONH3·H2O＋H2CO3的平衡常数K＝Kw/KbK1＝1.25×10-3。