Question

【题目】研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义。

（1）将CO2与焦炭作用生成CO，CO可用于炼铁等。

①已知：

则CO还原Fe2O3(s)的热化学方程式为________________________________。

（2）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+)______c(HCO3-)（填“＞”“＜”或“=”），计算反应NH4+ + HCO3- + H2O NH3·H2O + H2CO3的平衡常数K=______________，物料守恒表达式为__________________________。

（3）以CO2为原料还可以合成多种物质。

①如图是模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3的部分装置。操作中先在_______处向饱和NaCl溶液中通入_________气体（填NH3或CO2），然后再在通入另一种气体。请写出反应的化学方程式_______________________。

②人工光合作用能够借助太阳能用CO2和水制备化学原料，如图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，请写出催化剂b处的电极反应式：____________________。

Answer 1

【答案】 ＞ 1.25×10-3 c(NH4+)+c(NH3·H2O)=c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3) a NH3 NaCl + CO2 + NH3 + H2O = NaHCO3 + NH4Cl

【解析】(1)①Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=akJmol-1，②C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)△H2=bkJmol-1，依据盖斯定律①-②×3得到热化学方程式为：Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=(a-3b) kJmol-1，故答案为：Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=(a-3b) kJmol-1；

(2)根据NH3·H2O的电离平衡常数K=2×10-5，H2CO3的电离平衡常数K1=4×10-7，K2=4×10-11可知，铵根离子的水解程度小于碳酸氢根离子，因此c(NH4+)＞c(HCO3-)；反应NH4++HCO3-+H2O═NH3．H2O+H2CO3的平衡常数K= ===1.25×10-3；NH4HCO3溶液中的物料守恒表达式为c(NH4+)+c(NH3·H2O)=c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)，故答案为：＞；1.25×10-3；c(NH4+)+c(NH3·H2O)=c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)。

(3)①二氧化碳在水中的溶解度较小，氨气极易溶于水，因此实验时先向饱和氯化钠溶液中通入氨气，再通入二氧化碳，为了防止倒吸，应从a口通入氨气，b口通入二氧化碳，反应的方程式为NaCl + CO2 + NH3 + H2O = NaHCO3 + NH4Cl，故答案为：a；NH3；NaCl + CO2 + NH3 + H2O = NaHCO3 + NH4Cl；

②根据装置图中电子的流向，判断催化剂a为阳极电极反应：2H2O-4e-═O2+4H+，酸性增强；催化剂b为阴极，电极反应：CO2+2H++2e-═HCOOH，酸性减弱，总的电池反应为2H2O+2CO2═2HCOOH+O2，故答案为：CO2+2H++2e-═HCOOH；