题目内容

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;KA、KB、KC三者之间的大小关系为KA=KC>KB
(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

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KA、KB、KC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}$0.18 mol.L-1min-1;又平衡常数仅与温度有关,所以KA=KC,又根据图象在相同投料比时T1温度下二氧化碳转化率大,所以T1温度下较T2温度下反应向正反应方向移动,则KA=KC>KB,故答案为:0.18 mol.L-1min-1;KA=KC>KB
(3)根据盐类水解规律,已知NH3.H2O的电离平衡常数K=1.75×10-5,H2CO3的电离平衡常数K1=4.4×10-7,K2=4.7×10-11,所以碳酸氢根的水解程度更大,所以NH4HCO3显碱性;反应NH4++HCO3-+H2O═NH3.H2O+H2CO3的平衡常数K=$\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.

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