Question

【題目】“低碳經(jīng)濟(jì)”備受關(guān)注，CO2的捕集、利用與封存成為科學(xué)家研究的重要課題。

(1)綠色植物通過(guò)圖1所示過(guò)程儲(chǔ)存能量，用化學(xué)方程式表示其光合作用的過(guò)程：_______。

(2)TiO2是一種性能優(yōu)良的半導(dǎo)體光催化劑,能有效地將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為CO2等小分子物質(zhì)。圖2為在TiO2的催化，O3降解CH3CHO的過(guò)程,則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________。

(3)將一定量的CO2(g)和CH4(g)通入一恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)。

①已知：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1=-802 kJ/mol

CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=-283 kJ/mol

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) △H3=-41 kJ/mol

則反應(yīng)CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的 △H=___________________________。

②為了探究反應(yīng)CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的反應(yīng)速率與濃度的關(guān)系，起始時(shí)向恒容密閉容器中通入CO2與CH4，使其物質(zhì)的量濃度均為1.0mol/L，平衡時(shí)，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)繪制出兩條反應(yīng)速率與濃度關(guān)系曲線(如圖3)：v正-c(CH4)和v逆-c(CO)，則與v正-c(CH4)相對(duì)應(yīng)的是圖中曲線________(填“甲”或“乙”)；該反應(yīng)達(dá)到平衡后，某一時(shí)刻降低溫度,反應(yīng)重新達(dá)到平衡，則此時(shí)曲線甲對(duì)應(yīng)的平衡點(diǎn)可能為________(填“D”“E”或“F”)。

(4)用稀氨水噴霧捕集CO2最終可得產(chǎn)品NH4HCO3。

①在捕集時(shí)，氣相中有中間體NH2COONH4(氨基甲酸銨)生成。現(xiàn)將一定量純凈的氨基甲酸銨置于恒容密閉容器中，分別在不同溫度下進(jìn)行反應(yīng)：NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的有關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表(t1<t2<t3)。

	15	25	35
0	0	0	0
t1	9×10-3	2.7×10-2	8.1×10-2
t2	3×10-2	4.8×10-2	9.4×10-2
t3	3×10-2	4.8×10-2	9.4×10-2

氨基甲酸銨分解反應(yīng)是_______(填“放熱”或“吸熱”反應(yīng))。15℃時(shí)，此反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=____________________。

②在NH4HCO3溶液中，反應(yīng)NH4++HCO3-+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常數(shù)K=_____________________(已知常溫下NH3·H2O的電離平衡常Kb=2×10-5，H2CO3的電離平衡常Ka1=4×10-7)。

Answer 1

【答案】nCO2+mH2O Cn(H2O) m+nO2 5O3+3CH3CHO6CO2+6H2O +248 kJ/mol 乙 E 吸熱 4×10-6 1.25×10-3

【解析】

(1)綠色植物在光照條件下將CO2、H2O反應(yīng)轉(zhuǎn)化為Cn(H2O) m，同時(shí)放出O2；

(2)根據(jù)圖示的反應(yīng)物、生成物，結(jié)合原子守恒書寫方程式；

(3)①根據(jù)蓋斯定律，將已知的熱化學(xué)方程式疊加，可得待求反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

②CH4與CO2其起始的物質(zhì)的量濃度均為1.0 mol/L，且隨著反應(yīng)的進(jìn)行，甲烷的濃度會(huì)越來(lái)越小，正反應(yīng)速率也會(huì)越來(lái)越小，據(jù)此判斷，根據(jù)圖可知，反應(yīng)平衡時(shí)圖中對(duì)應(yīng)的點(diǎn)應(yīng)為A和F點(diǎn)，降溫后，反應(yīng)速率減小，平衡逆向移，甲烷的濃度會(huì)增大，據(jù)此判斷；

(4)①根據(jù)表中溫度對(duì)產(chǎn)生氣體的濃度的影響分析，根據(jù)表中數(shù)據(jù)求反應(yīng)NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)的平衡常數(shù)，要利用表中數(shù)據(jù)求出NH3、CO2的濃度，帶入平衡常數(shù)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算；

②利用化學(xué)平衡常數(shù)的含義，將物質(zhì)的濃度帶入平衡常數(shù)定義式，結(jié)合物質(zhì)的電離平衡常數(shù)計(jì)算分析。

(1)綠色植物在光照條件下將CO2、H2O反應(yīng)轉(zhuǎn)化為Cn(H2O) m，同時(shí)放出O2，反應(yīng)的方程式為：nCO2+mH2O Cn(H2O) m+nO2；

(2)O3在TiO2及紫外線作用下將CH3CHO氧化為CO2，O3被還原為CO2、H2O，反應(yīng)方程式為：5O3+3CH3CHO6CO2+6H2O；

(3)①(i)CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1=-802 kJ/mol

(ii)CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=-283 kJ/mol

(iii)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) △H3=-41 kJ/mol

Z根據(jù)蓋斯定律，將(i)-4×(ii)+2×(iii)，整理可得反應(yīng)CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)的 △H=+248 kJ/mol；

②CH4與CO2其起始的物質(zhì)的量濃度均為1.0 mol/L，且隨著反應(yīng)的進(jìn)行，甲烷的濃度會(huì)越來(lái)越小，正反應(yīng)速率也會(huì)越來(lái)越小，所以曲線v正-c(CH4)相對(duì)應(yīng)的是圖中曲線是乙線，根據(jù)圖可知，反應(yīng)平衡時(shí)圖中對(duì)應(yīng)的點(diǎn)應(yīng)為A和F點(diǎn)，降溫后，反應(yīng)速率減小，平衡逆向移動(dòng)，甲烷的濃度會(huì)增大，所以此時(shí)曲線甲對(duì)應(yīng)的平衡點(diǎn)可能為B點(diǎn)，CO的濃度也會(huì)減小，對(duì)應(yīng)的為E點(diǎn)；

(4)①?gòu)谋碇袛?shù)據(jù)可以看出，隨著溫度升高，氣體的總濃度增大，說(shuō)明升高溫度，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，根據(jù)平衡移動(dòng)原理，升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)分析移動(dòng)，因此該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，在15℃時(shí)，c(NH3)=3×10-2× mol/L=2×10-2 mol/L，c(CO2)=3×10-2× mol/L=1×10-2 mol/L，，所以反應(yīng)NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)的平衡常數(shù)K=c2(NH3)×c(CO2)=(2×10-2mol)2×1×10-2=4×10-6；

②已知常溫下NH3H2O的電離平衡常數(shù)Kb=2×10-5，H2CO3的電離平衡常數(shù)Ka1=4×10-7，在NH4HCO3溶液中，反應(yīng)NH4++HCO3-+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常數(shù)K=

=1.25×10-3。