Question

10．碳及其化合物在工农业上有重要作用．
（1）水煤气是将水蒸气通过灼热的焦炭而生成的气体，水煤气的主要成分为CO、H₂（用化学式表示）；
（2）高温时，用CO还原MgSO₄可制备高纯度MgO．若在750℃时，测得气体中含有等物质的量的SO₂、SO₃，则反应的化学方程式为2MgSO₄+CO $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MgO+SO₂+SO₃+CO₂；

（3）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．科学家提出由CO₂制取碳的太阳能工艺如图1所示．
①若“重整系统”发生的反应中$\frac{n（FeO）}{n（C{O}_{2}）}$=6，则Fe_xO_y的化学式为Fe₃O₄；
②“热分解系统”中每分解1mol Fe_xO_y，转移电子的物质的量为2mol．
（4）工业上用CO₂和H₂反应合成甲醚．
已知：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-130.8KJ•mol^-1
①一定条件下，上述合成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c（填标号）．
a．逆反应速率先增大后减小        b．反应物的体积百分含量减小
c．H₂的转化率增大                      d．容器中的$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}）}$值变小
②某压强下，合成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4molCO₂和8molH₂充入2L的密闭容器中，5min后该反应达到平衡，则0～5min内的平均反应速率v（CH₃OCH₃）=0.12mol•L^-1•min^-1；K_A、K_B、K_C三者之间的大小关系为K_A=K_C＞K_B．
（5）常温下，用氨水吸收CO₂可得到NH₄HCO₃溶液，在该溶液中，c（NH₄⁺）＞（填“＞”、“＜”或“=”）c（HCO₃^-）；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K_b=2×10^-5，H₂CO₃的电离平衡常数K₁=4×10^-7，K₂=4×10^-11）

Answer 1

分析 （1）水煤气是将水蒸气通过灼热的焦炭发生氧化还原反应而生成的气体为一氧化碳和氢气；
（2）用CO还原MgSO₄可得到MgO、CO₂、SO₂和SO₃，原子守恒电子守恒配平书写化学方程式；
（3）①由示意图可知，重整系统中CO₂和FeO反应生成Fe_xO_y和C，根据原子守恒确定Fe_xO_y的化学式；
②热分解系统中是Fe_xO_y分解为FeO与氧气，根据Fe元素化合价变价计算转移电子；
（4）①a．逆反应速率先增大后减小，可能是增大生成物浓度；
b．反应物的体积百分含量减小，可能是增大生成物浓度等；
c．H₂的转化率增大，平衡一定正向移动；
d．容器中的$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}）}$值变小，可能是减小二氧化碳的物质的量；
②T₁温度下，将4molCO₂和8molH₂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4mol×60%×$\frac{1}{2}$=1.2mol，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，温度不变，平衡常数不变，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温度下正向进行程度大；
（5）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，越弱越水解判断；反应NH₄⁺+HCO₃^-+H₂O═NH₃．H₂O+H₂CO₃的平衡常数K=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}_{2}C{O}_{3}）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（HC{{O}_{3}}^{-}）}$=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}_{2}C{O}_{3}）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（HC{{O}_{3}}^{-}）}$×$\frac{c（{H}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（{H}^{+}）c（O{H}^{-}）}$=$\frac{Kw}{Kb×K{a}_{1}}$进行计算．

解答 解：（1）水煤气是将水蒸气通过灼热的焦炭发生氧化还原反应而生成的气体，主要成分为一氧化碳和氢气，化学式为：CO、H₂，
故答案为：CO、H₂；
（2）高温时，用CO还原MgSO₄可制备高纯度MgO．若在750℃时，测得气体中含有等物质的量的SO₂、SO₃，一氧化碳被以为二氧化碳，用CO还原MgSO₄可得到MgO、CO₂、SO₂和SO₃，方程式为CO+2MgSO₄ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃；
故答案为：CO+2MgSO₄ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃；
（3）①由示意图可知，重整系统中CO₂和FeO反应生成Fe_xO_y和C，发生的反应中$\frac{n（FeO）}{n（C{O}_{2}）}$=6，根据Fe原子、O原子守恒可知x：y=6：（6+2）=3：4，故Fe_xO_y的化学式为Fe₃O₄，
故答案为：Fe₃O₄；
②热分解系统中是Fe₃O₄分解为FeO与氧气，分解l mol Fe₃O₄转移电子的物质的量为1mol×3×（$\frac{8}{3}$-2）=2mol，故答案为：2mol；
（4）①a．逆反应速率先增大后减小，可能是增大生成物浓度，平衡逆向移动，故a错误；
b．反应物的体积百分含量减小，可能是增大生成物浓度，平衡逆向移动，故b错误；
c．H₂的转化率增大，平衡一定正向移动，故c正确；
d．容器中的$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}）}$值变小，可能是减小二氧化碳物质的量，平衡逆向移动，故d错误，
故答案为：c；
②T₁温度下，将4molCO₂和8molH₂充入2L的密闭容器中，由图象可知，5min后反应达到平衡状态时二氧化碳转化率为60%，则生成CH₃OCH₃为4mol×60%×$\frac{1}{2}$=1.2mol，所以平均反应速率v（CH₃OCH₃）=$\frac{\frac{1.2mol}{2L}}{5min}$=0.12mol•L^-1•min^-1，
平衡常数仅与温度有关，温度不变，平衡常数不变，所以K_A=K_C，在相同投料比时，T₁温度下二氧化碳转化率大，所以T₁温度下正向进行程度故T₂温度大，则K_A=K_C＞K_B，
故答案为：0.12mol•L^-1•min^-1；  K_A=K_C＞K_B；
（5）根据盐类水解规律，已知NH₃．H₂O的电离平衡常数K=2×10^-5，H₂CO₃的电离平衡常数K₁=4×10^-7，K₂=4×10^-11，所以碳酸氢根的水解程度更大，所以NH₄HCO₃显碱性；在NH₄HCO₃溶液中，c（NH₄⁺）＞c（HCO₃^-），反应NH₄⁺+HCO₃^-+H₂O═NH₃．H₂O+H₂CO₃的平衡常数K=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}_{2}C{O}_{3}）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（HC{{O}_{3}}^{-}）}$=$\frac{c（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}^{-}）}{c（{H}^{+}）c（O{H}^{-}）}$=$\frac{Kw}{Kb×K{a}_{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．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、盖斯定律的应用、对图象分析提取信息能力、盐类水解、影响化学平衡因素分析、平衡常数计算等，较好的考查学生对知识的迁移应用，题目难度中等．