【題目】二氧化碳的捕捉和利用是我國能源領(lǐng)域的一個(gè)重要戰(zhàn)略方向。

(1)工業(yè)上用CO2H2反應(yīng)合成二甲醚。已知:

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-181.6 kJ·mol1;

2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-24.5 kJ·mol1。

寫出CO2(g)H2(g)轉(zhuǎn)化為CH3OCH3(g)H2O(g)的熱化學(xué)方程式:________________________________________________________________________。

(2)在某壓強(qiáng)下,合成二甲醚的反應(yīng)在不同溫度、不同投料比時(shí),CO2的平衡轉(zhuǎn)化率如圖所示。T1溫度下,將6 mol CO212 mol H2充入2 L的密閉容器中,5 min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),則0~5 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OCH3)=______________________________;KA、KB、KC三者之間的大小關(guān)系為______________________________。

(3)2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-204.7 kJ·mol1在恒溫恒壓下進(jìn)行,以下敘述能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________(填序號(hào))。

A.COH2的物質(zhì)的量濃度之比是1∶2

B.CO的消耗速率等于CH3OCH3的生成速率的2

C.容器中混合氣體的體積保持不變

D.容器中混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變

E.容器中混合氣體的密度保持不變

(4)如圖P是可自由平行滑動(dòng)的活塞,關(guān)閉K,在相同溫度時(shí),向A容器中充入1 mol CH3OH(g)2 mol H2O(g),向B容器中充入1.2 mol CH3OH(g)2.4 mol H2O(g),兩容器分別發(fā)生反應(yīng)CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)。已知起始時(shí)容器AB的體積均為a L,反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)容器B的體積為1.5a L,容器BCH3OH轉(zhuǎn)化率為________;維持其他條件不變,若打開K一段時(shí)間后重新達(dá)到平衡,容器B的體積為________L(連通管中氣體體積忽略不計(jì),且不考慮溫度的影響)。

(5)CO2溶于水形成H2CO3。已知常溫下H2CO3的電離平衡常數(shù)為K1=4.4×107、K2=4.7×1011,NH3·H2O的電離平衡常數(shù)為K=1.75×105。常溫下,用氨水吸收CO2可得到NH4HCO3溶液,NH4HCO3溶液顯________(酸性”“中性堿性”);請(qǐng)計(jì)算反應(yīng)NH+HCO+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常數(shù)K=________________________________________________________________________。

(6)工業(yè)上采用電化學(xué)還原CO2是一種使CO2資源化利用的方法,如圖是利用此法制備ZnC2O4的示意圖(電解液不參與反應(yīng)),下列說法正確的是____________

A.Zn與電源的負(fù)極相連

B.ZnC2O4在交換膜右側(cè)生成

C.電解的總反應(yīng)式為2CO2+ZnZnC2O4

D.通入11.2 L CO2,轉(zhuǎn)移0.5 mol電子

【答案】 2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH=-387.7 kJ·mol1 0.18 mol·L1·min1 KA=KC>KB CDE 75% 1.75a 堿性 1.3×103 C

【解析】(1)設(shè)①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-181.6 kJ·mol-1,②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-24.5 kJ·mol-1。根據(jù)蓋斯定律①×2+②可得到CO2(g)和H2(g)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CH3OCH3(g)和H2O(g)的熱化學(xué)方程式為2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH=-387.7 kJ·mol-1。答案為2CO2(g)6H2(g)CH3OCH3(g)3H2O(g) ΔH=-387.7 kJ·mol1

(2)T1溫度下,6molCO2和12 mol H2充入2 L的密閉容器中,由圖象可知,5 min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),二氧化碳轉(zhuǎn)化率為60%,則生成CH3OCH36mol×60%×1/2=1.8 mol,所以平均反應(yīng)速率v(CH3OCH3)=Δc/t=(1.8mol/2L)/5min=0.18mol·L-1·min-1;平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān),所以KA=KC,根據(jù)圖象知,在投料比相同時(shí),T1溫度下二氧化碳轉(zhuǎn)化率大于T2溫度下的,則KA=KC>KB。答案為0.18 mol·L1·min1KAKC>KB

(3)選項(xiàng)A,一氧化碳和氫氣的物質(zhì)的量濃度比與反應(yīng)物的初始量及轉(zhuǎn)化率有關(guān),A錯(cuò)誤;選項(xiàng)B,一氧化碳的消耗速率與甲醚的生成速率都屬于正反應(yīng)速率,正反應(yīng)速率之比等于計(jì)量數(shù)之比,不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),B錯(cuò)誤;選項(xiàng)C,隨著反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總物質(zhì)的量減少,由于壓強(qiáng)不變,則氣體的體積減小,容器中混合氣體的體積保持不變,說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),C正確;選項(xiàng)D,氣體的總質(zhì)量保持不變,氣體總物質(zhì)的量減少,則氣體的平均摩爾質(zhì)量逐漸增大,當(dāng)容器中混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變時(shí),說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),D正確;選項(xiàng)E,氣體的總質(zhì)量保持不變,氣體的體積減小,則密度增大,當(dāng)容器中的混合氣體的密度保持不變時(shí),說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),E正確。答案為CDE

(4)B容器的體積變?yōu)樵瓉淼?.5倍,增加的氣體的物質(zhì)的量為3.6mol×0.5=1.8mol,依據(jù)化學(xué)方程式可知,當(dāng)氣體的物質(zhì)的量增加2mol時(shí),反應(yīng)消耗甲醇1mol,故該反應(yīng)消耗的甲醇的物質(zhì)的量為0.9mol,CH3OH的轉(zhuǎn)化率=×100%=75%。打開K時(shí),A、B組成一個(gè)等溫等壓體系,設(shè)打開K重新達(dá)到平衡后總的體積為xL,根據(jù)等效平衡原理得x∶(3+3.6)=1.5a∶3.6,求得x=2.75a,所以B的體積為2.75aL-aL=1.75aL。答案為75% 、1.75a

(5)根據(jù)鹽類水解規(guī)律,已知NH3·H2O的電離平衡常數(shù)K=1.75×10-5,H2CO3的電離平衡常數(shù)K1=4.4×10-7,K2=4.7×10-11,碳酸氫根離子的水解程度大于NH4+的水解程度,故NH4HCO3溶液顯堿性;反應(yīng)NH4+HCO3-H2ONH3·H2OH2CO3的平衡常數(shù)K===10-14/(1.75×10-5×4.4×10-7)=1.3×10-3。答案為堿性、1.3×103

(6)A.該裝置是電解池,還原反應(yīng)發(fā)生在陰極,則Pb極是陰極,與電源的負(fù)極相連,Zn與電源的正極相連,A錯(cuò)誤;B.題圖中用的是陽離子交換膜,故生成的Zn2+可以移動(dòng)到左側(cè),故在左側(cè)生成ZnC2O4,B錯(cuò)誤;C.陽極Zn失去電子生成Zn2+陰極CO2得電子變?yōu)?/span>C2O42-,所以電解的總反應(yīng)式為2CO2ZnZnC2O4,C正確D.未指明氣體是在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,D錯(cuò)誤。答案選C.

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(2)SCl2分子中的中心原子雜化軌道類型是______,該分子構(gòu)型為______。

(3)PH4Cl的電子式為______,NiCO能形成配合物Ni(CO)4,該分子中σ鍵與π鍵個(gè)數(shù)比為______。

(4)已知MgONiO的晶體結(jié)構(gòu)(如圖1)相同,其中Mg2+Ni2+的離子半徑分別為66pm69pm。則熔點(diǎn):MgO______NiO(填“>”、“<”“=”),理由是______

(5)NiO晶胞中離子坐標(biāo)參數(shù)A為(0,0,0),B為(1,1,0),則C離子坐標(biāo)參數(shù)為______

(6)一定溫度下,NiO晶體可以自發(fā)地分散并形成單分子層,可以認(rèn)為O2-作密置單層排列,Ni2+填充其中(如圖2),已知O2-的半徑為a m,每平方米面積上分散的該晶體的質(zhì)量為______g。(用a、NA表示)

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C. 《本草綱目》描述冬月灶中所燒薪柴之灰,令人以灰淋汁,取堿浣衣其中的堿是K2CO3

D. 《天工開物》記裁制造青瓦“()泥周寒其孔,澆水轉(zhuǎn)釉,紅瓦轉(zhuǎn)化為青瓦的原因是Fe2O3轉(zhuǎn)化為其他鐵的氧化物

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在該反應(yīng)中,若有 3mol 電子發(fā)生轉(zhuǎn)移,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,可生成N2的體積為_____L.

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