Question

新技术的开发应用，不仅有利于改善环境质量，而且能充分开发“废物”的潜在价值。回答下列问题：

(1)用烟道气与氢气来合成甲醇涉及到如下几个反应：

①CO(g)+2H₂(g)=CH₃OH(g)　ΔH＝－91kJ·mol^-1

②2CO₂(g)=2CO(g)+O₂(g)　ΔH＝+566kJ·mol^-1

③2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)　ΔH＝－483.6kJ·mol^-1

④CO₂(g)+3H₂(g)=CH₃OH(g)+H₂O(g)　ΔH＝___________kJ·mol^-1。

(2)在容积均为2L的两个恒容密闭容器中发生反应CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)，有关数据如下：

容器	温度/℃	起始量	达到平衡
CO/mol	H2O/mol	H2/mol	CO转化率	所需时间/min
1	800	2	1			3
2	800	1	2	n	x

①800°C时该反应的平衡常数K=____________。

②容器2中x=_______，n=_______。

(3)反应(NH₄)₂CO₃+H₂O+CO₂2NH₄HCO₃可用于捕捉空气中的CO₂，为研究温度对(NH₄)₂CO₃捕获CO₂效率的影响，在某温度T₁下，将一定量的(NH₄)₂CO₃溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO₂气体，在t时刻，测得容器中CO₂气体的浓度。然后分别在温度为T₂、T₃、T₄、T₅下，保持其他初始实验条件不变，重复上述实验，经过相同时间测定CO₂气体的浓度，得到的曲线图如图：

①ΔH______0(填“>”“<”或“=”)。T₁～T₂区间，c(CO₂)变化的原因是______。

②已知常温下NH₃·H₂O的电离常数K=1.8×10^-5，碳酸的电离常数K₁=4.4×10^-7、K₂=4.7×10^-11，则恰好完全反应时所得的NH₄HCO₃溶液中c(H⁺)______c(OH^-)(填“>”“<”或“=”)。

③在图中所示五种温度下，该反应的平衡常数最大的温度是______。

Answer

-49.8 1 ＜ T1−T2区间，化学反应未达到平衡，温度越高，化学反应的速率越快，相同时间内碳酸铵溶液捕获的CO2就越多，则剩余的CO2气体浓度就越小； ＜ T1

【解析】

(1)由盖斯定律可知①+(②+③)可得CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H；

(2)①根据800°C时该反应的平衡常数K=计算；

②温度不变，化学平衡常数不变，列三步法计算；

(3)①温度升高，c(CO2)增大，平衡逆向移动，说明反应Ⅲ是放热反应；T1-T2区间，化学反应未达到平衡状态，温度越高，化学反应速率越快，所以CO2被捕获的量随着温度的升高而提高；

②碳酸一级电离K1=4.4×10-7，NH3•H2O的电离常数K=1.8×10-5，结合平衡常数判断；

③反应为放热反应，温度越高K越小。

(1))已知①CO(g)+2H2 (g)═CH3OH(g)△H=-91kJ•mol-1

②2CO2 (g)═2CO(g)+O2(g)△H=+566.0 kJ•mol-1

③2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-483.6 kJ•mol-1 

由盖斯定律可知，①+(②+③)得CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)，△H=-91kJ•mol-1 +×(566.0 kJ•mol-1-483.6 kJ•mol-1 )=-49.8kJ•mol-1；

(2)①容器体积为2L，所以初始c(CO)==1mol⋅L-1，c(H2)==0.5mol⋅L-1；平衡时CO的转化率为，即转化mol·L-1，列三段式：

根据平衡常数的概念可知K==1；

②达到平衡时氢气的物质的量为nmol，则其浓度c(H2)= mol⋅L-1，列三段式有：

温度不变平衡常数不变，所以平衡常数K==1，解得n=mol，CO的转化率为×100%=；

(3)①T3温度之前随温度上升，反应速率加快，所以相同时间内测得的CO2浓度下降，T3温度之后，在相同时间内反应已达到平衡，温度上升，平衡左移，CO2浓度上升，说明该反应的正反应为放热反应，即∆H＜0；T1~ T2区间，反应未平衡，温度上升反应速率加快，相同时间内捕捉的CO2越多，剩余的二氧化碳浓度就越小；

②铵根的水解使溶液显酸性，碳酸氢根水解使溶液显碱性，铵根的水解平衡常数Kh=≈5.56×10-8，碳酸氢根的水解平衡常数Kh=＝≈2.27×10-6，比较可知碳酸氢根的水解程度大于铵根的水解程度，所以溶液显碱性，即c(H+)＜c(OH- )；

③根据①中分析可知，该反应为放热反应，温度越高平衡常数越小，所以T1温度时平衡常数最大。