Question

【題目】二氧化碳的捕捉和利用是我國能源領(lǐng)域的一個重要戰(zhàn)略方向。

（1）工業(yè)上用CO2和H2反應(yīng)合成二甲醚。已知：

CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－181.6 kJ·mol－1；

2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－24.5 kJ·mol－1。

寫出CO2(g)和H2(g)轉(zhuǎn)化為CH3OCH3(g)和H2O(g)的熱化學(xué)方程式：________________________________________________________________________。

（2）在某壓強下，合成二甲醚的反應(yīng)在不同溫度、不同投料比時，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率如圖所示。T1溫度下，將6 mol CO2和12 mol H2充入2 L的密閉容器中，5 min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，則0～5 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OCH3)＝______________________________；KA、KB、KC三者之間的大小關(guān)系為______________________________。

（3）若2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－204.7 kJ·mol－1在恒溫恒壓下進(jìn)行，以下敘述能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________(填序號)。

A．CO和H2的物質(zhì)的量濃度之比是1∶2

B．CO的消耗速率等于CH3OCH3的生成速率的2倍

C．容器中混合氣體的體積保持不變

D．容器中混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變

E．容器中混合氣體的密度保持不變

（4）如圖P是可自由平行滑動的活塞，關(guān)閉K，在相同溫度時，向A容器中充入1 mol CH3OH(g)和2 mol H2O(g)，向B容器中充入1.2 mol CH3OH(g)和2.4 mol H2O(g)，兩容器分別發(fā)生反應(yīng)CH3OH(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g)。已知起始時容器A和B的體積均為a L，反應(yīng)達(dá)到平衡時容器B的體積為1.5a L，容器B中CH3OH轉(zhuǎn)化率為________；維持其他條件不變，若打開K一段時間后重新達(dá)到平衡，容器B的體積為________L(連通管中氣體體積忽略不計，且不考慮溫度的影響)。

（5）CO2溶于水形成H2CO3。已知常溫下H2CO3的電離平衡常數(shù)為K1＝4.4×10－7、K2＝4.7×10－11，NH3·H2O的電離平衡常數(shù)為K＝1.75×10－5。常溫下，用氨水吸收CO2可得到NH4HCO3溶液，NH4HCO3溶液顯________(填“酸性”“中性”或“堿性”)；請計算反應(yīng)NH＋HCO＋H2ONH3·H2O＋H2CO3的平衡常數(shù)K＝________________________________________________________________________。

（6）工業(yè)上采用電化學(xué)還原CO2是一種使CO2資源化利用的方法，如圖是利用此法制備ZnC2O4的示意圖(電解液不參與反應(yīng))，下列說法正確的是____________。

A．Zn與電源的負(fù)極相連

B．ZnC2O4在交換膜右側(cè)生成

C．電解的總反應(yīng)式為2CO2＋ZnZnC2O4

D．通入11.2 L CO2，轉(zhuǎn)移0.5 mol電子

Answer 1

【答案】 2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－387.7 kJ·mol－1 0.18 mol·L－1·min－1 KA＝KC>KB CDE 75% 1.75a 堿性 1.3×10－3 C

【解析】(1)設(shè)①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-181.6 kJ·mol-1，②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)　ΔH2=-24.5 kJ·mol-1。根據(jù)蓋斯定律①×2+②可得到CO2(g)和H2(g)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CH3OCH3(g)和H2O(g)的熱化學(xué)方程式為2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)　ΔH=-387.7 kJ·mol-1。答案為：2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－387.7 kJ·mol－1

(2)T1溫度下，將6molCO2和12 mol H2充入2 L的密閉容器中，由圖象可知，5 min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，二氧化碳轉(zhuǎn)化率為60%，則生成CH3OCH3為6mol×60%×1/2=1.8 mol，所以平均反應(yīng)速率v(CH3OCH3)=Δc/t=(1.8mol/2L)/5min=0.18mol·L-1·min-1；平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)，所以KA=KC，根據(jù)圖象知，在投料比相同時，T1溫度下二氧化碳轉(zhuǎn)化率大于T2溫度下的，則KA=KC>KB。答案為：0.18 mol·L－1·min－1 、KA＝KC>KB

(3)選項A，一氧化碳和氫氣的物質(zhì)的量濃度比與反應(yīng)物的初始量及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，A錯誤；選項B，一氧化碳的消耗速率與甲醚的生成速率都屬于正反應(yīng)速率，正反應(yīng)速率之比等于計量數(shù)之比，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B錯誤；選項C，隨著反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總物質(zhì)的量減少，由于壓強不變，則氣體的體積減小，容器中混合氣體的體積保持不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，C正確；選項D，氣體的總質(zhì)量保持不變，氣體總物質(zhì)的量減少，則氣體的平均摩爾質(zhì)量逐漸增大，當(dāng)容器中混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變時，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，D正確；選項E，氣體的總質(zhì)量保持不變，氣體的體積減小，則密度增大，當(dāng)容器中的混合氣體的密度保持不變時，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，E正確。答案為：CDE

(4)B容器的體積變?yōu)樵瓉淼?.5倍，增加的氣體的物質(zhì)的量為3.6mol×0.5=1.8mol，依據(jù)化學(xué)方程式可知，當(dāng)氣體的物質(zhì)的量增加2mol時，反應(yīng)消耗甲醇1mol，故該反應(yīng)消耗的甲醇的物質(zhì)的量為0.9mol，CH3OH的轉(zhuǎn)化率=×100%=75%。打開K時，A、B組成一個等溫等壓體系，設(shè)打開K重新達(dá)到平衡后總的體積為xL，根據(jù)等效平衡原理得x∶(3+3.6)=1.5a∶3.6，求得x=2.75a，所以B的體積為2.75aL-aL=1.75aL。答案為：75% 、1.75a

(5)根據(jù)鹽類水解規(guī)律，已知NH3·H2O的電離平衡常數(shù)K=1.75×10-5，H2CO3的電離平衡常數(shù)K1=4.4×10-7，K2=4.7×10-11，碳酸氫根離子的水解程度大于NH4+的水解程度，故NH4HCO3溶液顯堿性；反應(yīng)NH4+＋HCO3-＋H2ONH3·H2O＋H2CO3的平衡常數(shù)K===10-14/(1.75×10-5×4.4×10-7)=1.3×10-3。答案為：堿性、1.3×10－3

(6)A.該裝置是電解池，還原反應(yīng)發(fā)生在陰極，則Pb極是陰極，與電源的負(fù)極相連，Zn與電源的正極相連，A錯誤；B.題圖中用的是陽離子交換膜，故生成的Zn2+可以移動到左側(cè)，故在左側(cè)生成ZnC2O4，B錯誤；C.陽極Zn失去電子生成Zn2+，陰極CO2得電子變?yōu)?/span>C2O42-,所以電解的總反應(yīng)式為2CO2＋ZnZnC2O4，C正確；D.未指明氣體是在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，D錯誤。答案選C.