Question

【题目】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Kb＝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KB＝________。

(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 1

【答案】＞ c(NH4+)+ c(NH3H2O)= c(CO32-)+ c(HCO3-)+ c(H2CO3) ＜ ＞ 8 CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) 0.18molL-1min-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(NH3H2O)= c(CO32-)+ c(HCO3-)+ c(H2CO3)，故答案为：＞；c(NH4+)+ c(NH3H2O)= 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：0.18molL-1min-1。