Question

【題目】以氧化鋁為原料，通過碳熱還原法可合成氮化鋁（AlN）；通過電解法可制取鋁。電解鋁時(shí)陽(yáng)極產(chǎn)生的CO2可通過二氧化碳甲烷化等再利用。請(qǐng)回答：

（1）已知：①.2Al2O3(s)=4Al(g)＋3O2(g) △H1=+3351kJ/mol

②. 2C(s)+ O2(g)=2CO(g) △H2=－221kJ/mol

③. 2Al(g)+ N2(g)=2AlN(s) △H3=a kJ/mol

④. Al2O3(s)+ 3C(s)+ N2(g)=2AlN(s)＋3CO(g) △H4=+1026kJ/mol

反應(yīng)③的a=______，反應(yīng)④自發(fā)進(jìn)行的條件是______(填“高溫”、“低溫”或“任意溫度”)

（2）在常壓、Ru/TiO2催化下，CO2和H2混和氣體（體積比1：4，總物質(zhì)的量x mol）進(jìn)行反應(yīng)，測(cè)得CO2轉(zhuǎn)化率、CH4和CO選擇性隨溫度變化情況分別如圖1和圖2所示（選擇性：轉(zhuǎn)化的CO2中生成CH4或CO的百分比）。

反應(yīng)ⅠCO2（g）+4H2（g）CH4（g）+2H2O（g）△H4

反應(yīng)ⅡCO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H5

①下列說法正確的是___________。

A.△H5 小于零

B.溫度可影響產(chǎn)物的選擇性

C.CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高先增大后減少

D.其他條件不變，將CO2和H2的初始體積比改變?yōu)?:3，可提高CO2平衡轉(zhuǎn)化率

②350℃時(shí)，反應(yīng)I在t1時(shí)刻達(dá)到平衡，平衡時(shí)容器體積為yL，該溫度下反應(yīng)I的平衡常數(shù)為____(用x、y 表示)。

(3)CO2溶于水形成H2CO3。已知常溫下H2CO3 的電離平衡常數(shù)K1=4.4×10-7，K2=4.7×10-11，NH3·H2O的電離平衡常數(shù)Kb=1.75×10-5。常溫下，用氨水吸收CO2 可得到NH4HCO3 溶液，NH4HCO3 溶液顯______(填“ 酸 性”、“ 中性” 或“ 堿性”)；請(qǐng)計(jì)算反應(yīng)NH4++HCO3-+ H2ONH3·H2O+H2CO3 的平衡常數(shù)K=_____________。

(4)據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，二氧化碳可以在酸性水溶液中用情性電極電解得到乙烯，其原理如圖所示。

b電極上的電極反應(yīng)式為____________________________，該裝置中使用的是________(“ 陰”或“ 陽(yáng)”) 離子交換膜。

Answer 1

【答案】 -318 高溫 AB 625y2/x2 堿性 1.3×10-3 2CO2+12H++12e- ==== C2H4+4H2O 陽(yáng)

【解析】(1). 已知①.2Al2O3(s)=4Al(g)＋3O2(g) △H1=+3351kJ/mol，②. 2C(s)+ O2(g)=2CO(g) △H2=－221kJ/mol，③. 2Al(g)+ N2(g)=2AlN(s) △H3=a kJ/mol，④. Al2O3(s)+ 3C(s)+ N2(g)=2AlN(s)＋3CO(g) △H4=+1026kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，(①+②×3+③×2)÷2=④，解得△H3=－318 kJ/mol；若△G=△H－T△S＜0，則反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，反應(yīng)④的△H＞0，△S＞0，因此該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的條件為高溫，故答案為：－318；高溫；

(2).①. A. 根據(jù)圖1可知，CO2的轉(zhuǎn)化率先增大是因?yàn)榉磻?yīng)正向進(jìn)行，到一定溫度時(shí)達(dá)到平衡，升高溫度CO2的轉(zhuǎn)化率減小，說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H5小于零，故A正確；B. 由圖2可知，隨溫度升高甲烷的選擇性降低，CO的選擇性增加，因此溫度可影響產(chǎn)物的選擇性，故B正確；C. CO2轉(zhuǎn)化率先增大是因?yàn)榉磻?yīng)正向進(jìn)行未達(dá)到平衡狀態(tài)，達(dá)到平衡狀態(tài)后，隨溫度升高CO2的轉(zhuǎn)化率減小，故C錯(cuò)誤；D. CO2和H2混和氣體（體積比1:4，總物質(zhì)的量x mol）進(jìn)行反應(yīng)，其他條件不變，將CO2和H2的初始體積比改變?yōu)?/span>1:3，相當(dāng)于減小氫氣的量，CO2平衡轉(zhuǎn)化率減小，故D錯(cuò)誤；答案為：AB；

②. 350℃時(shí)，反應(yīng)I在t1時(shí)刻達(dá)到平衡，平衡時(shí)容器體積為yL，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為80%，根據(jù)三段式法有：

CO2（g）+4H2（g）CH4（g）+2H2O（g）

起始量(mol) 0.2x 0.8x 0 0

轉(zhuǎn)化量(mol) 0.16x 0.64x 0.16x 0.32x

平衡量(mol) 0.04x 0.16x 0.16x 0.32x

平衡常數(shù)K= =625y2/x2，故答案為：625y2/x2；

(3). 已知NH3·H2O的電離平衡常數(shù)Kb=1.75×105，H2CO3的電離平衡常數(shù)K1=4.4×10-7，K2=4.7×10-11，Kb＞K2，所以碳酸氫根離子的水解程度大于銨根離子的水解程度，NH4HCO3溶液顯堿性；反應(yīng)NH4++HCO3-+ H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常數(shù)K= = =1.3×10-3，故答案為：堿性；1.3×10-3；

(4). 由圖可知，電解時(shí)二氧化碳在b極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成乙烯，電極反應(yīng)式為2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O，因離子交換膜只允許氫離子通過，所以是陽(yáng)離子交換膜，故答案為：2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O；陽(yáng)。