Question

【题目】“低碳经济”备受关注，CO2的捕集、利用与封存成为科学家研究的重要课题。

(1)绿色植物通过图1所示过程储存能量，用化学方程式表示其光合作用的过程：_______。

(2)TiO2是一种性能优良的半导体光催化剂,能有效地将有机污染物转化为CO2等小分子物质。图2为在TiO2的催化，O3降解CH3CHO的过程,则该反应的化学方程式为_____________________。

(3)将一定量的CO2(g)和CH4(g)通入一恒容密闭容器中发生反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)。

①已知：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1=-802 kJ/mol

CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=-283 kJ/mol

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) △H3=-41 kJ/mol

则反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的 △H=___________________________。

②为了探究反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的反应速率与浓度的关系，起始时向恒容密闭容器中通入CO2与CH4，使其物质的量浓度均为1.0mol/L，平衡时，根据相关数据绘制出两条反应速率与浓度关系曲线(如图3)：v正-c(CH4)和v逆-c(CO)，则与v正-c(CH4)相对应的是图中曲线________(填“甲”或“乙”)；该反应达到平衡后，某一时刻降低温度,反应重新达到平衡，则此时曲线甲对应的平衡点可能为________(填“D”“E”或“F”)。

(4)用稀氨水喷雾捕集CO2最终可得产品NH4HCO3。

①在捕集时，气相中有中间体NH2COONH4(氨基甲酸铵)生成。现将一定量纯净的氨基甲酸铵置于恒容密闭容器中，分别在不同温度下进行反应：NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。实验测得的有关数据见下表(t1<t2<t3)。

	15	25	35
0	0	0	0
t1	9×10-3	2.7×10-2	8.1×10-2
t2	3×10-2	4.8×10-2	9.4×10-2
t3	3×10-2	4.8×10-2	9.4×10-2

氨基甲酸铵分解反应是_______(填“放热”或“吸热”反应)。15℃时，此反应的化学平衡常数K=____________________。

②在NH4HCO3溶液中，反应NH4++HCO3-+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常数K=_____________________(已知常温下NH3·H2O的电离平衡常Kb=2×10-5，H2CO3的电离平衡常Ka1=4×10-7)。

Answer 1

【答案】nCO2+mH2O Cn(H2O) m+nO2 5O3+3CH3CHO6CO2+6H2O +248 kJ/mol 乙 E 吸热 4×10-6 1.25×10-3

【解析】

(1)绿色植物在光照条件下将CO2、H2O反应转化为Cn(H2O) m，同时放出O2；

(2)根据图示的反应物、生成物，结合原子守恒书写方程式；

(3)①根据盖斯定律，将已知的热化学方程式叠加，可得待求反应的热化学方程式；

②CH4与CO2其起始的物质的量浓度均为1.0 mol/L，且随着反应的进行，甲烷的浓度会越来越小，正反应速率也会越来越小，据此判断，根据图可知，反应平衡时图中对应的点应为A和F点，降温后，反应速率减小，平衡逆向移，甲烷的浓度会增大，据此判断；

(4)①根据表中温度对产生气体的浓度的影响分析，根据表中数据求反应NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)的平衡常数，要利用表中数据求出NH3、CO2的浓度，带入平衡常数表达式进行计算；

②利用化学平衡常数的含义，将物质的浓度带入平衡常数定义式，结合物质的电离平衡常数计算分析。

(1)绿色植物在光照条件下将CO2、H2O反应转化为Cn(H2O) m，同时放出O2，反应的方程式为：nCO2+mH2O Cn(H2O) m+nO2；

(2)O3在TiO2及紫外线作用下将CH3CHO氧化为CO2，O3被还原为CO2、H2O，反应方程式为：5O3+3CH3CHO6CO2+6H2O；

(3)①(i)CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1=-802 kJ/mol

(ii)CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=-283 kJ/mol

(iii)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) △H3=-41 kJ/mol

Z根据盖斯定律，将(i)-4×(ii)+2×(iii)，整理可得反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的 △H=+248 kJ/mol；

②CH4与CO2其起始的物质的量浓度均为1.0 mol/L，且随着反应的进行，甲烷的浓度会越来越小，正反应速率也会越来越小，所以曲线v正-c(CH4)相对应的是图中曲线是乙线，根据图可知，反应平衡时图中对应的点应为A和F点，降温后，反应速率减小，平衡逆向移动，甲烷的浓度会增大，所以此时曲线甲对应的平衡点可能为B点，CO的浓度也会减小，对应的为E点；

(4)①从表中数据可以看出，随着温度升高，气体的总浓度增大，说明升高温度，化学平衡正向移动，根据平衡移动原理，升高温度，化学平衡向吸热反应分析移动，因此该反应为吸热反应；根据表中数据可知，在15℃时，c(NH3)=3×10-2× mol/L=2×10-2 mol/L，c(CO2)=3×10-2× mol/L=1×10-2 mol/L，，所以反应NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)的平衡常数K=c2(NH3)×c(CO2)=(2×10-2mol)2×1×10-2=4×10-6；

②已知常温下NH3H2O的电离平衡常数Kb=2×10-5，H2CO3的电离平衡常数Ka1=4×10-7，在NH4HCO3溶液中，反应NH4++HCO3-+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常数K=

=1.25×10-3。