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5.二氧化碳的捕集、利用是我国能源领域的一个重要战略方向.

(1)科学家提出由CO2制取C的太阳能工艺如图1所示.
若“重整系统”发生的反应中$\frac{{n({FeO})}}{{n({C{O_2}})}}$=6,则FexOy的化学式为Fe3O4
(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=-53.7kJ•mol-1
CH3OCH3(g)+H2O(g)=2CH3OH(g)△H2=+23.4kJ•mol-1
则2CO2(g)+6H2(g)?CH3OCH3(g)+3H2O(g)△H3=-130.8kJ•mol-1
(3)①一定条件下,上述合成二甲醚的反应达到平衡状态后,若改变反应的某一个条件,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.反应物的体积百分含量减小d.容器中的$\frac{{n({C{O_2}})}}{{n({H_2})}}$值变小
②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的转化率如图2所示.
T1温度下,将6mol CO2和12mol H2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)=0.18mol•L-1•min-1
③上述合成二甲醚的过程中提高CO2的转化率可采取的措施有增大压强、降低温度(回答2点).
(4)常温下,用氨水吸收CO2可得到NH4HCO3溶液,在NH4HCO3溶液中,c(NH4+)>c(HCO3-)(填“>”、“<”或“=”);反应NH4++HCO3-+H2O?NH3•H2O+H2CO3的平衡常数K=1.25×10-3.(已知常温下NH3•H2O的电离平衡常数Kb=2×10-5mol•L-1,H2CO3的电离平衡常数K1=4×10-7mol•L-1,K2=4×10-11mol•L-1
(5)据报道以二氧化碳为原料采用特殊的电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到多种燃料,其原理如图3所示.电解时其中b极上生成乙烯的电极反应式为2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O.

分析 (1)由示意图可知,重整系统中CO2和FeO反应生成FexOy和C,根据原子守恒确定FexOy的化学式;(2)已知:①CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-53.7kJ•mol-1
②CH3OCH3(g)+H2O(g)═2CH3OH(g)△H2=+23.4kJ•mol-1
根据盖斯定律,①×2-②可得:2CO2(g)+6H2(g)?CH3OCH3(g)+3H2O(g),据此计算;
(3)①根据影响化学平衡的因素分析各选项;
②T1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CH3OCH30为6mol×60%×$\frac{1}{2}$=1.8mol,根据平均反应速率v=$\frac{△c}{△t}$计算;
③根据反应2CO2(g)+6H2(g)?CH3OCH3(g)+3H2O(g)为放热反应、气体体积减小,提高CO2的转化率的方法有增大压强、降低温度,从图可知投料比越大,转化越大;
(4)根据盐类水解规律,已知NH3.H2O的电离平衡常数K=12×10-5,H2CO3的电离平衡常数K1=4×10-7,K2=4×10-11,越弱越水解判断;反应NH4++HCO3-+H2O═NH3.H2O+H2CO3的平衡常数K=$\frac{c(N{H}_{3}•{H}_{2}O)c({H}_{2}C{O}_{3})}{c(N{{H}_{4}}^{+})c(HC{{O}_{3}}^{-})}$=$\frac{c({H}^{+})c(O{H}^{-})}{K(N{H}_{3}•{H}_{2}O){K}_{1}}$计算;
(5)太阳能电池为电源,电解强酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯,乙烯在阴极生成.

解答 解:(1)由示意图可知,重整系统中CO2和FeO反应生成FexOy和C,发生的反应中$\frac{n(FeO)}{n(C{O}_{2})}$=6,根据Fe原子、O原子守恒可知x:y=6:(6+2)=3:4,故FexOy的化学式为Fe3O4
故答案为:Fe3O4
(2)已知:①CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-53.7kJ•mol-1
②CH3OCH3(g)+H2O(g)═2CH3OH(g)△H2=+23.4kJ•mol-1
根据盖斯定律,①×2-②可得:2CO2(g)+6H2(g)?CH3OCH3(g)+3H2O(g)△H3=-130.8kJ•mol-1
故答案为:-130.8;
(3)①a.逆反应速率先增大后减小,可能是增大生成物浓度,平衡逆向移动,故错误;
b.H2的转化率增大,平衡一定正向移动,故正确;
c.反应物的体积百分含量减小,可能是增大生成物浓度,平衡逆向移动,故错误;
d.容器中的$\frac{n(C{O}_{2})}{n({H}_{2})}$变小,可能是减小二氧化碳物质的量,平衡逆向移动,故错误;
故答案为:b;
②T1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CH3OCH30为6mol×60%×$\frac{1}{2}$=1.8mol,所以平均反应速率v(CH3OCH3)=$\frac{1.8mol÷2L}{5min}$=0.18mol•L-1•min-1
故答案为:0.18mol•L-1•min-1
③反应2CO2(g)+6H2(g)?CH3OCH3(g)+3H2O(g)为放热反应、气体体积减小,提高CO2的转化率,要求反应正向移动,方法有增大压强、降低温度,从图可知投料比越大,CO2的转化率也越大;
故答案为:增大投料比、增大压强、降低温度等;
(4)根据盐类水解规律,已知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,所以碳酸氢根的水解程度更大,所以c(NH4+) 大于c(HCO3-);反应NH4++HCO3-+H2O═NH3.H2O+H2CO3的平衡常数K=$\frac{c(N{H}_{3}•{H}_{2}O)c({H}_{2}C{O}_{3})}{c(N{{H}_{4}}^{+})c(HC{{O}_{3}}^{-})}$=$\frac{c({H}^{+})c(O{H}^{-})}{K(N{H}_{3}•{H}_{2}O){K}_{1}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{2×1{0}^{-5}×4×1{0}^{-7}}$=1.25×10-3
故答案为:>;1.25×10-3
(5)电解时,二氧化碳在b极上生成乙烯,电极反应式为2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O;
故答案为:2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O.

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、盖斯定律的应用、溶液的平衡以及原电池反应等知识,较为综合,考查对图象分析提取信息能力等,为高考常见题型,题目难度中等.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

15.关于平衡常数K,下列说法中正确的是(  )
A.K越大,反应速率越大
B.对任一给定的可逆反应,温度升高,K值增大
C.对可逆反应,K值越大,反应物的转化率越高
D.加入催化剂或增大反应物浓度,K值将增大

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

16.铁铜混合粉末18.0g加入到100mL5.0mol•L-1FeCl3溶液中,充分反应后,剩余固体2.8g.下列说法正确的是(  )
A.剩余固体是铁、铜混合物B.原固体混合物中铜的质量是12.4g
C.反应后溶液中n(Fe3+)=0.10molD.反应后溶液中n(Fe2+)+N(Cu2+)=1mol

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

13.下列各组中两个溶液间的反应,均可用同一离子方程式表示的是(  )
A.CH3COOH和Na2CO3与CH3COOH和NaHCO3
B.AgNO3和HCl与Ag2SO4和HCl
C.BaCl2和Na2SO4与Ba(OH)2与H2SO4
D.KOH和CH3COONH4与Ba(OH)2与NH4Cl

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

20.水合肼(N2H4.H2O)是无色、有强还原性的液体,实验室制备水合肼的原理为:CO(NH22+2NaOH+NaClO=Na2CO3+N2H4•H2O+NaCl.据此,某学生设计了下列实验.
【制备NaClO溶液】实验装置如图甲所示(部分夹持装置已省略)
已知:3NaClO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NaCl+NaClO3

(1)配制30%NaOH溶液时,所需玻璃仪器除量筒外还有BD(填字母).
A.容量瓶    B.烧杯    C.移液管    D.玻璃棒
(2)装置Ⅰ中发生的离子反应方程式是MnO2+4H++2Cl-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn2++Cl2↑+2H2O;Ⅱ中玻璃管a的作用为平衡压强;为了提高NaClO的产率,需对I中产生的Cl2进行净化,所用试剂是饱和食盐水;Ⅱ中用冰水浴控制温度在30℃以下,其主要目的防止NaClO(歧化)分解为氯酸钠和氯化钠,影响水合肼的产率
【制取水合肼】实验装置如图乙所示
(3)仪器A的名称为三颈烧瓶;反应过程中,如果分液漏斗中溶液的滴速过快,部分N2H4•H2O参与A中反应并产生大量氮气,产品产率因此降低,请
写出降低产率的相关化学反应方程式N2H4•H2O+2NaClO=N2↑+3H2O+2NaCl;充分反应后,加热蒸馏A内的溶液即可得到水合肼的粗产品.
【测定肼的含量】
(4)称取馏分0.3000g,加水配成20.0mL溶液,在一定条件下,用0.1500mol•L-1  的I2溶液滴定.
已知:N2H4•H2O+2I2=N2↑+4Hl+H2O.
①滴定时,可以选用的指示剂为淀粉溶液;
②实验测得消耗I2溶液的平均值为20.00mL,馏分中N2H4.H2O的质量分数为25%.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

10.中国环境监测总站数据显示,颗粒物(PM2.5等)为连续雾霾过程影响空气质量最显著的污染物,其主要来源为燃煤、机动车尾气等.因此,对PM2.5、SO2、NOx等进行研究具有重要意义.请回答下列问题:
Ⅰ.改变煤的利用方式可减少环境污染,通常可将水蒸气通过红热的碳得到水煤气.
(1)已知:H2(g)+1/2O2(g)═H2O(g)△H1=-241.8kJ•mol-1
2C(s)+O2(g)═2CO(g)△H2=-221kJ•mol-1
由此可知焦炭与水蒸气反应的热化学方程式为C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)△H=+131.3kJ•mol-1
(2)煤气化过程中产生的有害气体H2S可用足量的Na2CO3溶液吸收,该反应的离子方程式为CO32-+H2S=HCO3-+HS-
(已知:H2S:Ka1=1.3×10-7,Ka2=7.1×10-15;H2CO3:Ka1=4.4×10-7,Ka2=4.7×10-11
(3)现将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通人到体积为2L的恒容密闭容器中发生如表反应:
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H,得到两组数据
实验组温度℃起始量/mol平衡量/mol达到平衡
所需时间/min
COH2OH2CO
1650421.62.46
2900210.41.63
该反应的△H<0(填“<”或“>”);若在9000C时,另做一组实验,在2L的恒容密闭容器中加入l0mol CO,5mo1H2O,2mo1CO2,5mol H2,则此时?<?(填“<”,“>”,“=”).
(4)一定条件下,某密闭容器中已建立A(g)+B(g)?C(g)+D(g)△H>0的化学平衡,其时间速率图象如图1,下列选项中对于t1时刻采取的可能操作及其平衡移动情况判断正确的是A

A.减小压强,同时升高温度,平衡正向移动
B.增加B(g)浓度,同时降低C(g)浓度,平衡不移动
C.增加A(g)浓度,同时降低温度,平衡不移动
D.保持容器温度压强不变通入稀有气体,平衡不移动
Ⅱ.压缩天然气(CNG)汽车的优点之一是利用催化技术将NOx转变成无毒的CO2和N2
①CH4(g)+4NO(g)$\stackrel{催化剂}{?}$2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H1<0
②CH4(g)+2NO2(g)$\stackrel{催化剂}{?}$(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H2<0
(5)收集某汽车尾气经测量NOx的含量为1.12%(体积分数),若用甲烷将其完全转化为无害气体,处理1×104L(标准状况下)该尾气需要甲烷30g,则尾气中V (NO):V (NO2)=1:1.
(6)在不同条件下,NO的分解产物不同.在高压下,NO在40℃下分解生成两种化合物,体系中各组分物质的量随时间变化曲线如图2所示.写出Y和Z的化学式:N2O、NO2

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

17.为有效控制雾霾,各地积极采取措施改善大气质量.有效控制空气中氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物显得尤为重要.
(1)在汽车排气管内安装催化转化器,可将汽车尾气中主要污染物转化为无毒的大气循环物质.
已知:①N2(g)+O2(g)═2NO(g)△H1=+180.5kJ•mol-1
②C和CO的燃烧热(△H)分别为-393.5kJ•mol-1和-283kJ•mol-1
则2NO(g)+2CO(g)═N2(g)+2CO2(g)的△H=-746.5kJ•mol-1
(2)将0.20mol NO和0.10mol CO充入一个容积为1L的密闭容器中,反应过程中物质浓度变化如图所示.

①CO在0-9min内的平均反应速率v(CO)=4.4×10-3mol•L-1•min-1(保留两位有效数字);第12min时改变的反应条件可能为D.
A.升高温度B.加入NO    C.加催化剂D.降低温度
②该反应在第24min时达到平衡状态,CO2的体积分数为22.2%(保留三位有效数字),化学平衡常数值为3.4(保留两位有效数字).
(3)烟气中的SO2可用某浓度NaOH溶液吸收,若将一定量的SO2气体通入到300mL NaOH的溶液中,再在所得溶液中逐滴加入稀盐酸至过量,产生的气体与反应的HCl两者物质的量的关系如图2所示(气体的溶解和HCl的挥发忽略,NaHSO3水溶液为酸性):
①O点溶液中所含溶质的化学式为NaOH、Na2SO3
②a点溶液中各离子溶度大小关系为c(Na+)>c(Cl-)>c(HSO3-)>c(H+)>c(SO32-)>c(OH-).

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

14.下列关于化学用语的表述正确的是(  )
A.原子核内有8个中子的碳原子${\;}_{8}^{14}$C
B.铁红的化学式:FeO
C.NH4Cl的电子式为
D.Ca2+的结构示意图为

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

15.卤代烃在碱性醇溶液中能发生消去反应.例如,+NaOH$→_{△}^{醇}$CH3-CH═CH2+NaCl+H2O,
该反应式也可表示为$→_{-NaCl,-H_{2}O}^{NaOH、醇、△}$CH3-CH═CH2下面是几种有机化合物的转化关系:

(1)根据系统命名法,化合物A的名称是2,3-二甲基丁烷.
(2)上述框图中,①是取代反应,③是加成反应.
(3)化合物E是重要的工业原料,写出由D生成E的化学方程式:CH3CBr(CH3)CBr(CH32+2NaOH$→_{△}^{醇}$CH2=C(CH3)C(CH3)=CH2+2NaBr+2H2O.
(4)C2的结构简式是(CH32C=C(CH32,F1的结构简式是BrCH2C(CH3)=C(CH3)CH2Br,F1与F2互为同分异构体.

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