Question

【題目】研究CO2的利用對促進低碳社會的構建具有重要意義。

（1）將CO2與焦炭作用生成CO，CO可用于煉鐵等。

①已知：

則CO還原Fe2O3(s)的熱化學方程式為________________________________。

（2）常溫下，用氨水吸收CO2可得到NH4HCO3溶液。已知常溫下：NH3·H2O的電離平衡常數Kb=2×10-5，H2CO3的電離平衡常數K1=4×10-7，K2=4×10-11。在NH4HCO3溶液中，c(NH4+)______c(HCO3-)（填“＞”“＜”或“=”），計算反應NH4+ + HCO3- + H2O NH3·H2O + H2CO3的平衡常數K=______________，物料守恒表達式為__________________________。

（3）以CO2為原料還可以合成多種物質。

①如圖是模擬“侯氏制堿法”制取NaHCO3的部分裝置。操作中先在_______處向飽和NaCl溶液中通入_________氣體（填NH3或CO2），然后再在通入另一種氣體。請寫出反應的化學方程式_______________________。

②人工光合作用能夠借助太陽能用CO2和水制備化學原料，如圖是通過人工光合作用制備HCOOH的原理示意圖，請寫出催化劑b處的電極反應式：____________________。

Answer 1

【答案】 ＞ 1.25×10-3 c(NH4+)+c(NH3·H2O)=c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3) a NH3 NaCl + CO2 + NH3 + H2O = NaHCO3 + NH4Cl

【解析】(1)①Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=akJmol-1，②C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)△H2=bkJmol-1，依據蓋斯定律①-②×3得到熱化學方程式為：Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=(a-3b) kJmol-1，故答案為：Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=(a-3b) kJmol-1；

(2)根據NH3·H2O的電離平衡常數K=2×10-5，H2CO3的電離平衡常數K1=4×10-7，K2=4×10-11可知，銨根離子的水解程度小于碳酸氫根離子，因此c(NH4+)＞c(HCO3-)；反應NH4++HCO3-+H2O═NH3．H2O+H2CO3的平衡常數K= ===1.25×10-3；NH4HCO3溶液中的物料守恒表達式為c(NH4+)+c(NH3·H2O)=c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)，故答案為：＞；1.25×10-3；c(NH4+)+c(NH3·H2O)=c(CO32-)+c(HCO3-)+c(H2CO3)。

(3)①二氧化碳在水中的溶解度較小，氨氣極易溶于水，因此實驗時先向飽和氯化鈉溶液中通入氨氣，再通入二氧化碳，為了防止倒吸，應從a口通入氨氣，b口通入二氧化碳，反應的方程式為NaCl + CO2 + NH3 + H2O = NaHCO3 + NH4Cl，故答案為：a；NH3；NaCl + CO2 + NH3 + H2O = NaHCO3 + NH4Cl；

②根據裝置圖中電子的流向，判斷催化劑a為陽極電極反應：2H2O-4e-═O2+4H+，酸性增強；催化劑b為陰極，電極反應：CO2+2H++2e-═HCOOH，酸性減弱，總的電池反應為2H2O+2CO2═2HCOOH+O2，故答案為：CO2+2H++2e-═HCOOH；