Question

【題目】碳及其化合物在工農業上有重要作用。

Ⅰ、在一定體積的密閉容器中，進行如下化學反應：CO2（g）＋H2（g） CO（g）＋H2O（g），其化學平衡常數K和溫度T的關系如表所示：

T/℃	700	800	830	1000	1200
K	0.6	0.9	1.0	1.7	2.6

回答下列問題：

（1）該反應的化學平衡常數表達式為K＝___________。該反應為__________（填“吸熱”或“放熱”）反應。

（2）某溫度下平衡濃度符合下式： c（CO2）·c（H2）＝c（CO）·c（H2O），該溫度下加入1 mol CO2（g）和1 mol H2（g），充分反應，達到平衡時，CO2的轉化率為______________。

（3）在800 ℃時發生上述反應，某時刻測得容器內各物質的濃度分別為c（CO2）為2 mol/L，c（H2）為1.5 mol/L，c（CO）為1 mol/L，c（H2O）為3 mol/L，則正、逆反應速率的比較為：v正___________v逆（填“＞”“＜”或“＝”）。

Ⅱ、工業上用CO2和H2反應合成甲醚。已知：

CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H1=-53.7kJmol-1
CH3OCH3（g）+H2O（g）═2CH3OH（g）△H2=+23.4kJmol-1
則2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）△H3=_______________kJ·mol-1。

Ⅲ、常溫下用氨水吸收CO2可得到NH4HCO3溶液，在該溶液中，c（NH4+）________（填“>”、“<”或“＝”）c（HCO3—）；反應NH4+＋HCO3—＋H2ONH3·H2O＋H2CO3的平衡常數K＝__________。（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）

Answer 1

【答案】 吸熱 50% ＜ －130.8 ＞ 1.25×10-3

【解析】Ⅰ、(1)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)的平衡常數表達式K=，由表中數據可知，升高溫度，平衡常數增大，說明升高溫度，平衡正向移動，故正反應為吸熱反應，故答案為： ；吸熱；

(2)某溫度下，平衡濃度符合下式：c(CO2)c(H2)=c(CO)c(H2O)，說明平衡常數K=1，故溫度為830℃；CO2、H2的起始物質的量之比等于化學計量數之比，則二者平衡濃度相等，由CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)，可知平衡時CO(g)、H2O(g)濃度相等，結合平衡常數K==1，可知平衡時c(CO2)=c(H2)=c(CO)=c(H2O)，根據碳元素守恒可知，平衡時n(CO2)=n(CO2)= =0.5mol，故二氧化碳的轉化率為×100%=50%，故答案為：50%；

(3)此時濃度商Qc==1＞800℃時平衡常數K=0.9，反應向逆反應方向移動，則v(正)＜v(逆)，故答案為：＜；

Ⅱ、已知：①CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-53.7kJmol-1，②CH3OCH3(g)+H2O(g) ═2CH3OH(g)△H2=+23.4kJmol-1，根據蓋斯定律，①×2-②可得：2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g) +3H2O(g)，△H3=2△H1-△H2=2×(-53.7kJmol-1)-23.4kJmol-1 =-130.8kJmol-1，故答案為：-130.8；

Ⅲ、根據鹽類水解規律，已知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，所以碳酸氫根的水解程度更大，所以NH4HCO3顯堿性；在NH4HCO3溶液中，c(NH4+)＞c(HCO3-)；反應NH4++HCO3-+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常數K==×===1.25×10-3，故答案為：＞； 1.25×10-3。