Question

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的太阳能工艺如右图所示。若“重整系统”发生的反应中=6，则Fe_xO_y的化学式为______________。

（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

CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）═2CH₃OH（g）△H₂=+23.4kJ/mol

则2CO₂（g）+6H₂（g）CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H₃=______kJ/mol

（3）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_____(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的转化率如右图所示。T₁温度下，将6 mol CO₂和12 mol H₂充入2 L的密闭容器中，5 min后反应达到平衡状态，则0～5 min内的平均反应速率=______。

③上述合成二甲醚的过程中提高CO₂的转化率可采取的措施有______、______（回答2点）。

（4）常温下，用氨水吸收CO₂可得到NH₄HCO₃溶液，在NH₄HCO₃溶液中，c(NH₄⁺)___c(HCO₃^-)(填“>”、“<”或“=”)；反应NH₄⁺+HCO₃^-+H₂ONH₃·H₂O+H₂CO₃的平衡常数K=       。(已知常温下NH₃·H₂O的电离平衡常数K_b=2×10^-5mol·L^-1，H₂CO₃的电离平衡常数K₁=4×10^-7mol·L^-1，K₂=4×10^-11mol·L^-1)

（5）据报道以二氧化碳为原料采用特殊的电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到多种燃料,其原理如图3所示。

图3

电解时其中b极上生成乙烯的电极反应式为                             。

Answer

（1）Fe3O4 （2）、-130.8（3）① b ②0.18mol/(L·min) ③ 增大投料比、增大压强、降低温度等。（4）> 1.25×10－3（5）2CO2+12H++12e—=C2H4+4H2O

【解析】

试题分析：（1）根据流程知“重整系统”氧化亚铁和二氧化碳反应生成铁的氧化物和碳，当氧化亚铁和二氧化碳的物质的量之比为6时根据原子守恒确定FexOy的化学式为Fe3O4。

（2）已知①CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H1=-53.7kJ/mol

②CH3OCH3（g）+H2O（g）═2CH3OH（g）△H2=+23.4kJ/mol

则根据盖斯定律可知①×2-②得2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)△H3=-130.8KJ/mol。

（3）①a．增大生成物的浓度，逆反应速率先增大后减小，平衡逆向移动，a错误；b．H2的转化率增大，平衡一定向正反应方向移动，b正确；c．减小反应物的浓度，反应物的体积百分含量减小，平衡逆向移动，c错误；d．减小二氧化碳的浓度，平衡逆向移动，容器中的值变小，d错误，答案选b。

②分析图像知T1温度下，将6 mol CO2和12 mol H2充入2 L的密闭容器中，5 min后反应达到平衡，CO2的转化率为60%，则参加反应的二氧化碳的物质的量为3.6mol，生成二甲醚的物质的量为1.8mol，则0～5 min内的平均反应速率v (CH3OCH3) =1.8mol÷(2L×5min)=0.18mol/(L·min)；

③合成二甲醚的反应为放热反应，且是体积减小的可逆反应，所以提高CO2的转化率可采取的措施有增大投料比、增大压强、降低温度等；

（4）分析题给电离常数知一水合氨的电离程度大于碳酸的一级电离程度，则碳酸氢根的水解程度大于铵离子的水解程度，则NH4HCO3溶液中，c(NH4+)＞c(HCO3-)；反应NH4+＋HCO3-＋H2ONH3·H2O＋H2CO3的平衡常数K＝Kw/KbK1＝1.25×10-3。

（5）b电极与电源的负极相连，作阴极，二氧化碳得到电子转化为乙烯，则电极反应式为2CO2+12H++12e—=C2H4+4H2O。

考点：考查氧化还原反应，反应热的计算、盖斯定律，化学反应速率和化学平衡及盐类的水解、电极反应式书写等。