Question

【题目】碳及其化合物广泛存在于自然界。请回答下列问题：

（1）反应Ⅰ：Fe(s)+CO2(g) FeO(s)+CO(g) ΔH1 平衡常数为K1

反应Ⅱ：Fe(s)+H2O(g) FeO(s)+H2(g) ΔH2 平衡常数为K2

不同温度下，K1、K2的值如下表：

现有反应Ⅲ：H2(g)+CO2(g) CO(g)+H2O(g)，结合上表数据，反应Ⅲ是_______ (填“放热”或“吸热”）反应。

（2）已知CO2催化加氢合成乙醇的反应原理为：

2CO2(g)+6H2(g) C2H5OH(g)+3H2O(g) H<0。

设m为起始时的投料比，即m= n(H2)/ n(CO2)。

①图1中投料比相同，温度从高到低的顺序为______________________。

②图2中m1、m2、m3从大到小的顺序为________________________。

③图3表示在总压为5MPa的恒压条件下，且m=3时，平衡状态时各物质的物质的量分数与温度的关系。则曲线d代表的物质化学名称为______________，T4温度时，该反应平衡常数KP的计算式为(不必化简)_______________________。

（3）已知：NH3·H2O的Kb=1.7×10－5，H2CO3的Ka1=4.3×10－7、Ka2=5.6×10－11。工业生产尾气中的CO2捕获技术之一是氨水溶液吸收技术，工艺流程是将烟气冷却至15.5℃～26.5℃后用氨水吸收过量的CO2。所得溶液的pH___________7（填“＞”、“=”或“＜”）。烟气需冷却至15.5℃～26.5℃的可能原因是____________。

（4）为了测量某湖水中无机碳含量，量取100mL湖水，酸化后用N2吹出CO2，再用NaOH溶液吸收。往吸收液中滴加1.0mol/L盐酸，生成的V(CO2)随V(盐酸)变化关系如图所示，则原吸收液中离子浓度由大到小的顺序为__________。

Answer 1

【答案】吸热 乙醇 ＞ 降低吸收过程中氨水的挥发，促进氨水对CO2的吸收 c(Na+)> c(HCO3-) > c(CO32-) > c(OH-) > c(H+)

【解析】

(1)由图可知反应①的K1随温度升高而增大，说明正反应为吸热反应，△H＞0，反应②的K2随温度升高而减小，说明正反应为放热反应，△H＜0，已知：①Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)△H1=Q1＞0，②Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g)△H2=Q2＜0，由盖斯定律①-②得③H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g))△H=Q3=Q1-Q2＞0，说明是吸热反应；

(2)①反应为放热反应，温度越高转化率越小，则T3＞T2＞T1；

②图2中m1、m2、m3投料比从大到小的顺序为m1＞m2＞m3，因相同温度下，增大氢气的量，平衡正向移动，二氧化碳的转化率增大；

③温度升高，反应逆向进行，所以产物的物质的量是逐渐减少的，反应物的物质的量增大，由图可知，曲线a代表的物质为H2，b表示CO2，c为H2O，d表示乙醇；设开始氢气的投入量是3nmol，则二氧化碳是nmol，二氧化碳的转化量是x，则

2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g)

起始量(mol) n 3n 0 0

变化量(mol) x 3x 0.5x 1.5x

平衡量(mol) n-x 3n-3x 0.5x 1.5x

P点a、c的体积分数相同，所以3n-3x=1.5x，解得x=n，总物质的量是n-x+3n-3x+0.5x+1.5x=n，总压为5MPa的恒压条件下，p(二氧化碳)=p(乙醇)=×5MPa=0.125×5MPa，p(氢气)=p(水)=×5MPa=0.375×5MPa，T4温度时，该反应的平衡常数Kp=；

(3)工艺流程是将烟气冷却至15.5～26.5℃后用氨水吸收过量的CO2，该反应是一水合氨和二氧化碳反应生成碳酸氢铵，反应的化学方程式为：NH3H2O+CO2=NH4HCO3，由NH3·H2O的Kb=1.7×10－5，H2CO3的Ka1=4.3×10－7、Ka2=5.6×10－11可知HCO3-的水解程度大于NH4+的水解程度，则所得溶液的pH＞7；烟气需冷却至15.5～26.5℃的可能原因是：降低吸收过程中氨气挥发，促进氨水对二氧化碳的成分吸收；

(4)为了测量某湖水中无机碳含量，量取100mL湖水，酸化后用N2吹出CO2，再用NaOH溶液吸收，图象分析可知，生成碳酸氢钠溶液和碳酸钠溶液，二者物质的量之比为1：1，且CO32-的水解程度大于HCO3-，则溶液中离子浓度大小为：c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(H+)。