Question

二氧化碳的捕集、创新利用是世界能源领域的一个重要战略方向。

(1)用稀氨水喷雾捕集CO₂。常温下，用氨水吸收CO₂可得到NH₄HCO₃溶液。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。在NH₄HCO₃溶液中，c(NH₄^＋)___________(填“>”“<”或“＝”)c(HCO₃^－)；NH₄HCO₃溶液中物料守恒表达式为________。

(2)CO₂经催化加氢可合成低碳烯烃，合成乙烯的反应为2CO₂(g)＋6H₂(g)⇌C₂H₄(g)＋4H₂O(g)  △H。向1 L恒容密闭容器中充入2 mol CO₂(g)和n mol H₂(g)，在一定条件下发生该反应。CO₂的转化率与温度、投料比[]的关系如图所示：

①该反应的△H_______0(填“>”“<“或“＝”)。

②图中x₁________(填“<”“>”或“＝”)x₂。

③若图中B点的投料比为2，则500℃时的平衡常数K_B＝________。

(3)工业上用CO₂生产甲醇燃料，进一步可合成二甲醚。已知：298K和101kPa条件下，

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

反应II：2H₂(g)＋O₂(g)⇌2H₂O(1)    △H＝－b kJ·mol^－1

反应III：CH₃OH(g)⇌CH₃OH(l)   △H＝－c kJ·mol^－1

①CH₃OH(l)燃烧热的热化学方程式为_________。

②合成二甲醚的总反应为2CO₂(g)＋6H₂(g)⇌CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(g)  △H＝－130.8 kJ·mol^－1。在某压强下，合成二甲醚的反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的平衡转化率如图所示。T₁温度下，将6 mol CO₂和12 mol H₂充入2 L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)＝______________。

Answer

＞ c(NH4+)+ c(NH3∙H2O)= c(CO32-)+ c(HCO3-)+ c(H2CO3) ＜ ＞ 8 CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) 0.18mol∙L-1∙min-1

【解析】

(1)根据盐类水解规律，越弱越水解，比较HCO3－与NH4＋水解程度的大小关系，进而确定c(NH4＋)和c(HCO3－)的大小关系；根据水解和电离情况，结合N元素和C元素守恒可得NH4HCO3溶液中的物料守恒；

(2)①结合图像判断温度对平衡移动的影响；

②根据增加一种反应物的用量，可提高另一反应物的转化率，进行分析；

③结合已知信息列出三段式进行计算；

(3)①燃烧热是指1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量，例如C→CO2(g)，S→SO2(g)，H→H2O(l)，先写出表示燃烧热的方程式，再根据盖斯定律和已知的热化学方程式计算反应热；

②根据计算反应速率。

(1)已知常温下NH3·H2O的电离平衡常数Kb＝2×10－5，H2CO3的电离平衡常数K1＝4×10－7，K2＝4×10－11，NH3·H2O的电离平衡常数比H2CO3的电离平衡常数大，根据盐类水解规律，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－)；根据N元素和C元素守恒可得NH4HCO3溶液中，物料守恒表达式为c(NH4+)+ c(NH3∙H2O)= c(CO32-)+ c(HCO3-)+ c(H2CO3)，故答案为：＞；c(NH4+)+ c(NH3∙H2O)= c(CO32-)+ c(HCO3-)+ c(H2CO3)；

(2)①由图可知，升高温度，CO2的转化率降低，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应，故该反应的△H＜0，故答案为：＜；

②相同温度条件下，投料比越大，说明氢气越多，则二氧化碳的转化率越大，根据图可知， x1＞x2，故答案为：＞；

③根据图中B点的投料比为2，二氧化碳的转化率为50%，容器容积为1L，可列出三段式（单位为mol/L），，则500℃时的平衡常数，故答案为：8

(3)①燃烧热是指1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量，例如C→CO2(g)，S→SO2(g)，H→H2O(l)，则表示CH3OH(l)燃烧热的化学方程式为CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)，根据盖斯定律可知，可由反应II-反应I-反应III得到CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)，则，故答案为：CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ；

②T1温度下，将6molCO2和12molH2充入2L的密闭容器中，此时投料比等于2，由图象可知，5min后反应达到平衡状态时，二氧化碳的转化率为60%，则生成CH3OCH3为6mol×60%×=1.8mol，所以平均反应速率；故答案为：0.18mol∙L-1∙min-1。