Question

11．二氧化碳的捕捉和利用是我国能源领域的一个重要战略方向．
（1）CO₂的电子式是，所含化学键的类型是共价键．
（2）工业上用CO₂和H₂反应合成二甲醚．已知：
CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.1kJ•mol^-1
2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-24.5kJ•mol^-1
CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H₃=+41.2kJ•mol^-1
①写出CO₂（g）加H₂（g）转化为CH₃OCH₃（g）和H₂O（g）的热化学方程式是2CO₂（g）+6H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.7 kJ•mol^-1．
②一定条件下，上述合成二甲醚的反应达到平衡状态后，若改变反应的某个条件，下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是b．（填代号）
a．逆反应速率先增大后减小    b．H₂的转化率增大                   
c．CO₂的体积百分含量减小     d．容器中c（H₂）/c（CO₂）的值减小
③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的转化率如下图所示．T₁温度下，将6molCO₂和12molH₂充入2L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）=0.18 mol．L^-1min^-1；K_A、K_B、K_C三者之间的大小关系为K_A=K_C＞K_B．
（3）已知常温下NH₃．H₂O的电离平衡常数K=1.75×10^-5，H₂CO₃的电离平衡常数K₁=4.4×10^-7，K₂=4.7×10^-11． 常温下，用氨水吸收CO₂可得到NH₄HCO₃溶液，NH₄HCO₃溶液显碱性；（填“酸性”、“中性”或“碱性”）；反应NH₄⁺+HCO₃^-+H₂O═NH₃．H₂O+H₂CO₃的平衡常数K=1.3×10^-3．

Answer 1

分析 （1）根据CO₂为共价化合物书写电子式判断所含化学键；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.1kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-24.5kJ•mol^-1
①根据盖斯定律①×2+②书写CO₂（g）加H₂（g）转化为CH₃OCH₃（g）和H₂O（g）的热化学方程式；
②a．逆反应速率先增大后减小，说明平衡向逆反应方向移动；
 b．H₂的转化率增大，说明平衡向正反应方向移动；                   
c．CO₂的体积百分含量减小，可能为减小二氧化碳的量使平衡向逆反应方向移动；
d．容器中c（H₂）/c（CO₂）的值减小，可能为减小氢气的量使平衡向逆反应方向移动；
③T₁温度下，将6molCO₂和12molH₂充入2L的密闭容器中，由图象可知，5min后反应达到平衡状态时二氧化碳转化率为60%，则生成CH₃OCH₃为6mol×60%×$\frac{1}{2}$=1.8mol，根据平均反应速率v（CH₃OCH₃）=$\frac{△c}{△t}$；根据平衡常数仅与温度有关比较K_A、K_B、K_C三者之间的大小关系；
（3）根据盐类水解规律，已知NH₃．H₂O的电离平衡常数K=1.75×10^-5，H₂CO₃的电离平衡常数K₁=4.4×10^-7，K₂=4.7×10^-11，越弱越水解判断；反应NH₄⁺+HCO₃^-+H₂O═NH₃．H₂O+H₂CO₃的平衡常数K=$\frac{c（NH{\;}_{3}•H{\;}_{2}O）c（H{\;}_{2}CO{\;}_{3}）}{c（NH{\;}_{4}{\;}^{+}）c（HCO{\;}_{3}{\;}^{-}）}$=$\frac{c（H{\;}^{+}）c（OH{\;}^{-}）}{K（NH{\;}_{3}•H{\;}_{2}O）K{\;}_{1}}$进行计算．

解答 解：（1）因为CO₂为共价化合物，则电子式为，所含化学键为共价键，故答案为：；共价键；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.1kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-24.5kJ•mol^-1
①根据盖斯定律①×2+②，则CO₂（g）加H₂（g）转化为CH₃OCH₃（g）和H₂O（g）的热化学方程式为2CO₂（g）+6H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.7 kJ•mol^-1；故答案为：2CO₂（g）+6H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.7 kJ•mol^-1；
②a．逆反应速率先增大后减小，说明平衡向逆反应方向移动，故不选；
 b．H₂的转化率增大，说明平衡向正反应方向移动，故选；                   
c．CO₂的体积百分含量减小，可能为减小二氧化碳的量使平衡向逆反应方向移动，故不选；
d．容器中c（H₂）/c（CO₂）的值减小，可能为减小氢气的量使平衡向逆反应方向移动，故不选；
故选：b；
③T₁温度下，将6molCO₂和12molH₂充入2L的密闭容器中，由图象可知，5min后反应达到平衡状态时二氧化碳转化率为60%，则生成CH₃OCH₃为6mol×60%×$\frac{1}{2}$=1.8mol，所以平均反应速率v（CH₃OCH₃）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{1.8mol}{2L}}{5min}$0.18 mol．L^-1min^-1；又平衡常数仅与温度有关，所以K_A=K_C，又根据图象在相同投料比时T₁温度下二氧化碳转化率大，所以T₁温度下较T₂温度下反应向正反应方向移动，则K_A=K_C＞K_B，故答案为：0.18 mol．L^-1min^-1；K_A=K_C＞K_B；
（3）根据盐类水解规律，已知NH₃．H₂O的电离平衡常数K=1.75×10^-5，H₂CO₃的电离平衡常数K₁=4.4×10^-7，K₂=4.7×10^-11，所以碳酸氢根的水解程度更大，所以NH₄HCO₃显碱性；反应NH₄⁺+HCO₃^-+H₂O═NH₃．H₂O+H₂CO₃的平衡常数K=$\frac{c（NH{\;}_{3}•H{\;}_{2}O）c（H{\;}_{2}CO{\;}_{3}）}{c（NH{\;}_{4}{\;}^{+}）c（HCO{\;}_{3}{\;}^{-}）}$=$\frac{c（H{\;}^{+}）c（OH{\;}^{-}）}{K（NH{\;}_{3}•H{\;}_{2}O）K{\;}_{1}}$=$\frac{10{\;}^{-14}}{1.75×10{\;}^{-5}×4.4×10{\;}^{-7}}$=1.3×10^-3；
故答案为：碱性；1.3×10^-3．

点评 本题考查了盖斯定律的应用，化学反应速率的求算以及平衡移动，盐类水解，弱电解质的电离平衡，综合性较强难度较大．