Question

10．二氧化碳的捕集、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．

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l mol Fe_xO_y，转移电子的物质的量为2mol．
（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
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）=0.18 mol/（L•min）；K_A、K_B、K_C三者之间的大小关系为K_A=K_C＞K．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）已知：Ⅰ．CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-53.7kJ•mol^-1
Ⅱ．CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）═2CH₃OH（g）△H₂=+23.4kJ•mol^-1
根据盖斯定律，Ⅰ×2-Ⅱ可得：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g），则△H₃=2△H₁-△H₂；
①a．逆反应速率先增大后减小，可能是增大生成物浓度；
b．H₂的转化率增大，平衡一定正向移动；
c．反应物的体积百分含量减小，可能是增大生成物浓度等；
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（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．

解答 解：（1）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；
（2）已知：Ⅰ．CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-53.7kJ•mol^-1
Ⅱ．CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）═2CH₃OH（g）△H₂=+23.4kJ•mol^-1
根据盖斯定律，Ⅰ×2-Ⅱ可得：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g），△H₃=2△H₁-△H₂=2×（-53.7kJ•mol^-1）-23.4kJ•mol^-1=-130.8kJ•mol^-1，
故答案为：-130.8；
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．H₂的转化率增大，平衡一定正向移动，故b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c错误；
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，
故选：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{\frac{1.8mol}{2L}}{5min}$0.18 mol/（L•min）；
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：0.18 mol/（L•min）；K_A=K_C＞K_B．

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等，较好的考查学生对知识的迁移应用．