Question

【題目】碳及其化合物廣泛存在于自然界。請回答下列問題：

（1）反應Ⅰ：Fe(s)+CO2(g) FeO(s)+CO(g) ΔH1 平衡常數(shù)為K1

反應Ⅱ：Fe(s)+H2O(g) FeO(s)+H2(g) ΔH2 平衡常數(shù)為K2

不同溫度下，K1、K2的值如下表：

現(xiàn)有反應Ⅲ：H2(g)+CO2(g) CO(g)+H2O(g)，結合上表數(shù)據(jù)，反應Ⅲ是_______ (填“放熱”或“吸熱”）反應。

（2）已知CO2催化加氫合成乙醇的反應原理為：

2CO2(g)+6H2(g) C2H5OH(g)+3H2O(g) H<0。

設m為起始時的投料比，即m= n(H2)/ n(CO2)。

①圖1中投料比相同，溫度從高到低的順序為______________________。

②圖2中m1、m2、m3從大到小的順序為________________________。

③圖3表示在總壓為5MPa的恒壓條件下，且m=3時，平衡狀態(tài)時各物質(zhì)的物質(zhì)的量分數(shù)與溫度的關系。則曲線d代表的物質(zhì)化學名稱為______________，T4溫度時，該反應平衡常數(shù)KP的計算式為(不必化簡)_______________________。

（3）已知：NH3·H2O的Kb=1.7×10－5，H2CO3的Ka1=4.3×10－7、Ka2=5.6×10－11。工業(yè)生產(chǎn)尾氣中的CO2捕獲技術之一是氨水溶液吸收技術，工藝流程是將煙氣冷卻至15.5℃～26.5℃后用氨水吸收過量的CO2。所得溶液的pH___________7（填“＞”、“=”或“＜”）。煙氣需冷卻至15.5℃～26.5℃的可能原因是____________。

（4）為了測量某湖水中無機碳含量，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鹽酸，生成的V(CO2)隨V(鹽酸)變化關系如圖所示，則原吸收液中離子濃度由大到小的順序為__________。

Answer 1

【答案】吸熱 乙醇 ＞ 降低吸收過程中氨水的揮發(fā)，促進氨水對CO2的吸收 c(Na+)> c(HCO3-) > c(CO32-) > c(OH-) > c(H+)

【解析】

(1)由圖可知反應①的K1隨溫度升高而增大，說明正反應為吸熱反應，△H＞0，反應②的K2隨溫度升高而減小，說明正反應為放熱反應，△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，由蓋斯定律①-②得③H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g))△H=Q3=Q1-Q2＞0，說明是吸熱反應；

(2)①反應為放熱反應，溫度越高轉化率越小，則T3＞T2＞T1；

②圖2中m1、m2、m3投料比從大到小的順序為m1＞m2＞m3，因相同溫度下，增大氫氣的量，平衡正向移動，二氧化碳的轉化率增大；

③溫度升高，反應逆向進行，所以產(chǎn)物的物質(zhì)的量是逐漸減少的，反應物的物質(zhì)的量增大，由圖可知，曲線a代表的物質(zhì)為H2，b表示CO2，c為H2O，d表示乙醇；設開始氫氣的投入量是3nmol，則二氧化碳是nmol，二氧化碳的轉化量是x，則

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

起始量(mol) n 3n 0 0

變化量(mol) x 3x 0.5x 1.5x

平衡量(mol) n-x 3n-3x 0.5x 1.5x

P點a、c的體積分數(shù)相同，所以3n-3x=1.5x，解得x=n，總物質(zhì)的量是n-x+3n-3x+0.5x+1.5x=n，總壓為5MPa的恒壓條件下，p(二氧化碳)=p(乙醇)=×5MPa=0.125×5MPa，p(氫氣)=p(水)=×5MPa=0.375×5MPa，T4溫度時，該反應的平衡常數(shù)Kp=；

(3)工藝流程是將煙氣冷卻至15.5～26.5℃后用氨水吸收過量的CO2，該反應是一水合氨和二氧化碳反應生成碳酸氫銨，反應的化學方程式為：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，則所得溶液的pH＞7；煙氣需冷卻至15.5～26.5℃的可能原因是：降低吸收過程中氨氣揮發(fā)，促進氨水對二氧化碳的成分吸收；

(4)為了測量某湖水中無機碳含量，量取100mL湖水，酸化后用N2吹出CO2，再用NaOH溶液吸收，圖象分析可知，生成碳酸氫鈉溶液和碳酸鈉溶液，二者物質(zhì)的量之比為1：1，且CO32-的水解程度大于HCO3-，則溶液中離子濃度大小為：c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(H+)。