Question

2．二氯化碳利用具有十分重要的意义，科学家有以下几个设想．
（1）用太阳能将CO₂转化成O₂和C（石墨烯），其设想如图1：
①Fe₃O₄中Fe的化合价是+2和+3；
②重整系统发生反应的化学方程式为6FeO+CO₂═2Fe₃O₄+C．

（2）二氧化碳和氢气在催化剂作用下可制取低碳烯烃．在一密闭容器中分别投入1molCO₂、3molH₂，发生反应：2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄ （g）+4H₂O（g）△H；在不同温度下，用传感技术测出平衡时H2的物质的量变化关系如图2所示．
①其它条件不变，起始时若按lmolCO₂、2molH₂进行投料，CO₂转化率将减小（填“增大”、“减小”或“不变”）；
②△H＜0（填“＞”“＜”“不能确定”）．
③若测试中体系内无氧气产生，试结合图示推断热稳定性C₂H₄＜H₂O （填“＞”“＜”“不能确定”）．
（3）用氨水吸收CO₂制化肥（NH₄HCO₃）
①已知：NH₃•H₂O（aq）?NH₄⁺（aq）+OH^-（aq）△H₁=a kJ•mol^-1
CO₂ （g）+H₂O（l）?H₂CO₃ （aq）△H₂=bkJ•mol^-1
H₂CO₃（aq）+OH^-（aq）?HCO₃^-（aq）+H₂O（l）△H₃=ckJ•mol^-1
则利用NH₃•H₂O吸收CO₂制备NH₄HCO₃的热化学方程式为NH₃•H₂O+CO₂═NH₄⁺+HCO₃^-△H=（a+b+c）kJ/mol；
②已知常温下相关数据如表：

Kb（NH3•H2O）	2×10-5mol•L-1
Ka1（H2CO3）	4×10-7mol•L-1
Ka2（H2CO3）	4×10-11mol•L-1

则反应NH₄⁺+HCO₃^-+H₂O?NH₃•H₂O+H₂CO₃的平衡常数k=1.25×10^-3．

Answer 1

分析 （1）①Fe₃O₄的组分为Fe₂O₃•FeO，据此分析Fe的化合价；
②根据转化图分析，重整系统中FeO和CO₂反应，生成Fe₃O₄和石墨烯（即C），据此写出反应的化学方程式；
（2）①原为按1molCO₂和3molH₂的物料比反应，其它条件不变，起始时若按lmolCO₂、2molH₂进行投料，相当于减小了反应物浓度，则化学平衡向逆反应方向移动，
②升高温度，H₂达到平衡时的物质的量增大，升高温度，化学平衡向吸热方向移动；
③若测试中体系内无氧气产生，物质越稳定，越容易生成；
（3）①根据盖斯定律计算焓变；
②根据多重平衡规则计算反应的平衡常数K．

解答 解：（1）①Fe₃O₄的组分为Fe₂O₃•FeO，则Fe₃O₄中Fe的化合价是+2和+3，
故答案为：+3；
②根据转化图分析，重整系统中FeO和CO₂反应，生成Fe₃O₄和石墨烯（即C），则重整系统发生反应的化学方程式为：6FeO+CO₂═2Fe₃O₄+C，
故答案为：6FeO+CO₂═2Fe₃O₄+C；
（2）①原为按1molCO₂和3molH₂的物料比反应，其它条件不变，起始时若按lmolCO₂、2molH₂进行投料，相当于减小了反应物浓度，则化学平衡向逆反应方向移动，CO₂转化率将减小，
故答案为：减小；
②升高温度，H₂达到平衡时的物质的量增大，升高温度，化学平衡向吸热方向移动，即逆反应方向，则正反应为放热反应，则△H＜0，
故答案为：＜；
③若测试中体系内无氧气产生，物质越稳定，越容易生成，产生1molC₂H₄的同时，产生4molC₂H₄，则热稳定性C₂H₄＜H₂O，
故答案为：＜；
（3）①已知：①NH₃•H₂O（aq）?NH₄⁺（aq）+OH^-（aq）△H₁=a kJ/mol，
                      ②CO₂ （g）+H₂O（l）?H₂CO₃ （aq）△H₂=bkJ/mol，
                      ③H₂CO₃（aq）+OH^-（aq）?HCO₃^-（aq）+H₂O（l）△H₃=ckJ/mol，
NH₃•H₂O吸收CO₂制备NH₄HCO₃的化学方程式为：NH₃•H₂O+CO₂═NH₄⁺+HCO₃^-，该反应可由①+②+③得到，根据盖斯定律，该反应的焓变△H=△H₁+△H₂+△H₃=（a+b+c）kJ/mol，
故答案为：NH₃•H₂O+CO₂═NH₄⁺+HCO₃^-△H=（a+b+c）kJ/mol；
②根据多重平衡规则，反应NH₄⁺+HCO₃^-+H₂O?NH₃•H₂O+H₂CO₃的化学平常数为K=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}_{2}C{O}_{3}）}{c（N{H}_{4}^{+}）c（HC{O}_{3}^{-}）}$=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}_{2}C{O}_{3}）}{c（N{H}_{4}^{+}）c（HC{O}_{3}^{-}）}$•$\frac{c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{b}（N{H}_{3}•{H}_{2}O）{K}_{a1}（{H}_{2}C{O}_{3}）}$=$\frac{1{0}^{-14}}{2×1{0}^{-5}×4×1{0}^{-7}}$=1.25×10^-3，
故答案为：1.25×10^-3．

点评 本题考查化学原理部分知识，包含氧化还原反应方程式的书写和配平，热化学方程式的书写，盖斯定律的应用，化学平衡常数的计算，化学平衡的移动，均为高频考点，题目难度中等，试题有助于培养综合分析问题的能力，平时需加强综合能力的训练．