Question

【題目】碳及其化合物廣泛存在于自然界。隨著科技的進(jìn)步，利用化學(xué)反應(yīng)原理將含碳物質(zhì)進(jìn)行合理轉(zhuǎn)化，已成為資源利用、環(huán)境保護(hù)等社會(huì)關(guān)注問題的焦點(diǎn)。如CO2是人類工業(yè)生產(chǎn)排放的主要的溫室氣體，利用CO2制造更高價(jià)值化學(xué)品是目前的研究熱點(diǎn)。

（1）①利用CH4和CO2這兩種溫室氣體可以生產(chǎn)水煤氣。已知：CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g) △H =890.3 kJ·mol－1

CO(g)＋H2O (g)＝CO2(g)＋H2 (g) △H =+2.8 kJ·mol－1

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

反應(yīng)CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g) 的△H =____kJ·mol－1

②250℃時(shí)，以鎳合金為催化劑，向4 L恒容容器中通入6 mol CO2、6 mol CH4，發(fā)生如下反應(yīng)：CO2 (g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g)。平衡體系中各組分體積分?jǐn)?shù)如下表：

物質(zhì)	CH4	CO2	CO	H2
體積分?jǐn)?shù)	0.1	0.1	0.4	0.4

此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_______。

（2）利用CO2催化加氫可以合成乙醇，反應(yīng)原理為：2CO2(g)+6H2(g) C2H5OH(g)+3H2O(g) H<0,設(shè)m為起始時(shí)的投料比，即m= n(H2)/ n(CO2)。

①圖1中投料比相同，溫度從高到低的順序?yàn)?/span>____。

②圖2中m1、m2、m3從大到小的順序?yàn)?/span>____。

（3）高溫電解技術(shù)能高效實(shí)現(xiàn)下列反應(yīng)：CO2+H2O CO+H2+O2，其可將釋放的CO2轉(zhuǎn)化為具有工業(yè)利用價(jià)值的產(chǎn)品。工作原理示意圖如下：

電極a的電極反應(yīng)式____。

（4）工業(yè)生產(chǎn)煙氣中的CO2捕獲技術(shù)之一是氨水溶液吸收技術(shù)，將煙氣冷卻至15.5℃～26.5℃后用氨水吸收過量的CO2。已知：NH3·H2O的Kb=1.7×10－5，H2CO3的Ka1=4.3×10－7、Ka2=5.6×10－11。吸收后所得溶液的pH____7（填“＞”、“=”或“＜”）。

Answer 1

【答案】+247.3 64 CO2+H2O + 4e- =CO+H2+2O2 - ＞

【解析】

（1）①根據(jù)蓋斯定律得出答案；②先按照三段式建立關(guān)系，再列關(guān)系，解得答案。

（2）①圖1中投料比相同，同壓下，從下往上，轉(zhuǎn)化率變大，分析評(píng)估移動(dòng)；②當(dāng)溫度相同，從下往上，轉(zhuǎn)化率升高，分析反應(yīng)物的量對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響得出答案。

（3）A極化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)，從而寫出答案。

（4）用氨水吸收過量的CO2生成碳酸氫銨，根據(jù)NH3·H2O的電離平衡常數(shù)與H2CO3的Ka1平衡常數(shù)分析得出答案。

（1）（1）根據(jù)蓋斯定律，第1個(gè)反應(yīng)減第2個(gè)反應(yīng)的2倍，再減第3個(gè)反應(yīng)的2倍，得到反應(yīng)CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g) 的△H =+247.3kJ·mol－1，故答案為：+247.3。

② CO2 (g) ＋ CH4(g) 2CO(g) ＋ 2H2(g)

開始：6mol 6mol 0 0

轉(zhuǎn)化：xmol xmol 2xmol 2xmol

平衡：(6-x)mol (6-x)mol 2xmol 2xmol

解得x = 4

，故答案為：64。

（2）①圖1中投料比相同，同壓下，從下往上，轉(zhuǎn)化率變大，平衡正向移動(dòng)，減小溫度，因此溫度從高到低的順序?yàn)?/span>T3 > T2 > T1，故答案為：T3 > T2 > T1。

②當(dāng)溫度相同，從下往上，轉(zhuǎn)化率升高，則氫氣量越來越大，即投料比m增大，因此圖2中m1、m2、m3從大到小的順序?yàn)?/span>m1 > m2 > m3，故答案為：m1 > m2 > m3。

（3）A極化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)，因此電極a的電極反應(yīng)式CO2+H2O +4e－= CO+H2+ 2O2－，故答案為：CO2+H2O +4e－= CO+H2+ 2O2－。

（4）用氨水吸收過量的CO2生成碳酸氫銨，由于NH3·H2O的Kb=1.7×10－5大于H2CO3的Ka1=4.3×10－7，因此吸收后所得溶液的pH ＞ 7，故答案為：＞。