Question

碳及其化合物广泛存在于自然界。随着科技的进步，利用化学反应原理将含碳物质进行合理转化，已成为资源利用、环境保护等社会关注问题的焦点。如CO₂是人类工业生产排放的主要的温室气体，利用CO₂制造更高价值化学品是目前的研究热点。

（1）①利用CH₄和CO₂这两种温室气体可以生产水煤气。已知：CH₄(g)＋2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H =890.3 kJ·mol^－1

CO(g)＋H₂O (g)＝CO₂(g)＋H₂ (g)    △H =+2.8 kJ·mol^－1

2CO(g)＋O₂(g)＝2CO₂(g)            △H =566.0 kJ·mol^－1

反应CO₂(g)＋CH₄(g) 2CO(g)＋2H₂(g) 的△H =____kJ·mol^－1

②250℃时，以镍合金为催化剂，向4 L恒容容器中通入6 mol CO₂、6 mol CH₄，发生如下反应：CO₂ (g)＋CH₄(g)  2CO(g)＋2H₂(g)。平衡体系中各组分体积分数如下表：

物质	CH4	CO2	CO	H2
体积分数	0.1	0.1	0.4	0.4

此温度下该反应的平衡常数K=_______。

（2）利用CO₂催化加氢可以合成乙醇，反应原理为：2CO₂(g)+6H₂(g) C₂H₅OH(g)+3H₂O(g)  ∆H<0,设m为起始时的投料比，即m= n(H₂)/ n(CO₂)。

       

①图1中投料比相同，温度从高到低的顺序为____。

②图2中m₁、m₂、m₃从大到小的顺序为____。

（3）高温电解技术能高效实现下列反应：CO₂+H₂O CO+H₂+O₂，其可将释放的CO₂转化为具有工业利用价值的产品。工作原理示意图如下：

电极a的电极反应式____。

（4）工业生产烟气中的CO₂捕获技术之一是氨水溶液吸收技术，将烟气冷却至15.5℃～26.5℃后用氨水吸收过量的CO₂。已知：NH₃·H₂O的K_b=1.7×10^－5，H₂CO₃的Ka₁=4.3×10^－7、Ka₂=5.6×10^－11。吸收后所得溶液的pH____7（填“＞”、“=”或“＜”）。

Answer

+247.3 64 CO2+H2O + 4e- =CO+H2+2O2 - ＞

【解析】

（1）①根据盖斯定律得出答案；②先按照三段式建立关系，再列关系，解得答案。

（2）①图1中投料比相同，同压下，从下往上，转化率变大，分析评估移动；②当温度相同，从下往上，转化率升高，分析反应物的量对转化率的影响得出答案。

（3）A极化合价降低，发生还原反应，从而写出答案。

（4）用氨水吸收过量的CO2生成碳酸氢铵，根据NH3·H2O的电离平衡常数与H2CO3的Ka1平衡常数分析得出答案。

（1）（1）根据盖斯定律，第1个反应减第2个反应的2倍，再减第3个反应的2倍，得到反应CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g) 的△H =+247.3kJ·mol－1，故答案为：+247.3。

② CO2 (g) ＋ CH4(g) 2CO(g) ＋ 2H2(g)

开始：6mol 6mol 0 0

转化：xmol xmol 2xmol 2xmol

平衡：(6-x)mol (6-x)mol 2xmol 2xmol

解得x = 4

，故答案为：64。

（2）①图1中投料比相同，同压下，从下往上，转化率变大，平衡正向移动，减小温度，因此温度从高到低的顺序为T3 > T2 > T1，故答案为：T3 > T2 > T1。

②当温度相同，从下往上，转化率升高，则氢气量越来越大，即投料比m增大，因此图2中m1、m2、m3从大到小的顺序为m1 > m2 > m3，故答案为：m1 > m2 > m3。

（3）A极化合价降低，发生还原反应，因此电极a的电极反应式CO2+H2O +4e－= CO+H2+ 2O2－，故答案为：CO2+H2O +4e－= CO+H2+ 2O2－。

（4）用氨水吸收过量的CO2生成碳酸氢铵，由于NH3·H2O的Kb=1.7×10－5大于H2CO3的Ka1=4.3×10－7，因此吸收后所得溶液的pH ＞ 7，故答案为：＞。