Question

10．二氧化碳的捕集、利用是我國能源領(lǐng)域的一個重要戰(zhàn)略方向．
（1）科學(xué)家提出由CO₂制取C的太陽能工藝如圖1所示．

①若“重整系統(tǒng)”發(fā)生的反應(yīng)中$\frac{n（FeO）}{n（C{O}_{2}）}$=6，則Fe_xO_y的化學(xué)式為Fe₃O₄．
②“熱分解系統(tǒng)”中每分解l mol Fe_xO_y，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol．
（2）工業(yè)上用CO₂和H₂反應(yīng)合成二甲醚．已知：
CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-53.7kJ•mol^-1
CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）═2CH₃OH（g）△H₂=+23.4kJ•mol^-1
則2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H₃=-130.8kJ•mol^-1
①一定條件下，上述合成二甲醚的反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，若改變反應(yīng)的某一個條件，下列變化能說明平衡一定向正反應(yīng)方向移動的是b（填代號）．
a．逆反應(yīng)速率先增大后減小       b．H₂的轉(zhuǎn)化率增大
c．反應(yīng)物的體積百分含量減小     d．容器中的$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}）}$值變小
②在某壓強下，合成二甲醚的反應(yīng)在不同溫度、不同投料比時，CO₂的轉(zhuǎn)化率如圖2所示．
T₁溫度下，將6mol CO₂和12mol H₂充入2L的密閉容器中，5min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，則0～5min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（CH₃OCH₃）=0.18 mol/（L•min）；K_A、K_B、K_C三者之間的大小關(guān)系為K_A=K_C＞K．

Answer 1

分析 （1）①由示意圖可知，重整系統(tǒng)中CO₂和FeO反應(yīng)生成Fe_xO_y和C，根據(jù)原子守恒確定Fe_xO_y的化學(xué)式；
②熱分解系統(tǒng)中是Fe_xO_y分解為FeO與氧氣，根據(jù)Fe元素化合價變價計算轉(zhuǎn)移電子；
（2）已知：Ⅰ．CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-53.7kJ•mol^-1
Ⅱ．CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）═2CH₃OH（g）△H₂=+23.4kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，Ⅰ×2-Ⅱ可得：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g），則△H₃=2△H₁-△H₂；
①a．逆反應(yīng)速率先增大后減小，可能是增大生成物濃度；
b．H₂的轉(zhuǎn)化率增大，平衡一定正向移動；
c．反應(yīng)物的體積百分含量減小，可能是增大生成物濃度等；
d．容器中的$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}）}$值變小，可能是減小二氧化碳的物質(zhì)的量；
②T₁溫度下，將6molCO₂和12molH₂充入2L的密閉容器中，由圖象可知，5min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時二氧化碳轉(zhuǎn)化率為60%，則生成CH₃OCH₃0為6mol×60%×$\frac{1}{2}$=1.8mol，根據(jù)平均反應(yīng)速率v（CH₃OCH₃）=$\frac{△c}{△t}$；根據(jù)平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，在相同投料比時，T₁溫度下二氧化碳轉(zhuǎn)化率大，所以T₁溫度下較T₂溫度下正向進(jìn)行程度大．

解答 解：（1）①由示意圖可知，重整系統(tǒng)中CO₂和FeO反應(yīng)生成Fe_xO_y和C，發(fā)生的反應(yīng)中$\frac{n（FeO）}{n（C{O}_{2}）}$=6，根據(jù)Fe原子、O原子守恒可知x：y=6：（6+2）=3：4，故Fe_xO_y的化學(xué)式為Fe₃O₄，
故答案為：Fe₃O₄；
②熱分解系統(tǒng)中是Fe₃O₄分解為FeO與氧氣，分解l mol Fe₃O₄轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1mol×3×（$\frac{8}{3}$-2）=2mol，故答案為：2mol；
（2）已知：Ⅰ．CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-53.7kJ•mol^-1
Ⅱ．CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）═2CH₃OH（g）△H₂=+23.4kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，Ⅰ×2-Ⅱ可得：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g），△H₃=2△H₁-△H₂=2×（-53.7kJ•mol^-1）-23.4kJ•mol^-1=-130.8kJ•mol^-1，
故答案為：-130.8；
①a．逆反應(yīng)速率先增大后減小，可能是增大生成物濃度，平衡逆向移動，故a錯誤；
b．H₂的轉(zhuǎn)化率增大，平衡一定正向移動，故b正確；
c．反應(yīng)物的體積百分含量減小，可能是增大生成物濃度，平衡逆向移動，故c錯誤；
d．容器中的$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}）}$值變小，可能是減小二氧化碳物質(zhì)的量，平衡逆向移動，故d錯誤，
故選：b；
②T₁溫度下，將6molCO₂和12molH₂充入2L的密閉容器中，由圖象可知，5min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時二氧化碳轉(zhuǎn)化率為60%，則生成CH₃OCH₃0為6mol×60%×$\frac{1}{2}$=1.8mol，所以平均反應(yīng)速率v（CH₃OCH₃）=$\frac{\frac{1.8mol}{2L}}{5min}$0.18 mol/（L•min）；
平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以K_A=K_C，在相同投料比時，T₁溫度下二氧化碳轉(zhuǎn)化率大，所以T₁溫度下正向進(jìn)行程度故T₂溫度大，則K_A=K_C＞K_B，
故答案為：0.18 mol/（L•min）；K_A=K_C＞K_B．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算與影響因素、蓋斯定律的應(yīng)用、對圖象分析提取信息能力等，較好的考查學(xué)生對知識的遷移應(yīng)用．