Question

【題目】研究CO2的利用對促進低碳社會的構建具有重要意義．
（1）將CO2與焦炭作用生成CO，CO可用于煉鐵等．已知：①Fe2O3（s）+3C（s，石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H1=+489.0kJmol﹣1
②C（s，石墨）+CO2（g）═2CO（g）△H2=+172.5kJmol﹣1
則CO還原Fe2O3（s）的熱化學方程式為 ．
（2）二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向，將CO2轉化為甲醇的熱化學方程式為：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H
①該反應的平衡常數表達式為K= ．
②取一定體積CO2和H2的混合氣體（物質的量之比為1：3），加入恒容密閉容器中，發生上述反應反應過程中測得甲醇的體積分數φ（CH3OH）與反應溫度T的關系如圖1所示，則該反應的△H（填“＞”、“＜”或“=”，下同）0．

③在兩種不同條件下發生反應，測得CH3OH的物質的量隨時間變化如圖2所示，曲線I、Ⅱ對應的平衡常數關系為KⅠKⅡ ．
（3）以CO2為原料還可以合成多種物質．①工業上尿素[CO（NH2）2]由CO2和NH3在一定條件下合成，其反應方程式為 ． 開始以氨碳比 =3進行反應，達平衡時CO2的轉化率為60%，則NH3的平衡轉化率為 ．
②用硫酸溶液作電解質進行電解，CO2在電極上可轉化為甲烷，該電極反應的方程式為 ．
③將足量CO2通入飽和氨水中可得氮肥NH4HCO3 ， 已知常溫下一水合氨Kb=1.8×10﹣5 ， 碳酸一級電離常數Ka=4.3×10﹣7 ， 則NH4HCO3溶液呈（填“酸性”、“中性”或“堿性”）．

Answer 1

【答案】
（1）Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=﹣28.5 kJ?mol﹣1
（2）；＜；＞
（3）2NH3+CO2 CO（NH2）2+H2O；40%；CO2+8e﹣+8H+=CH4+2H2O；堿性
【解析】解：（1）已知：①Fe2O3（s）+3C（s，石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H1=+489.0kJmol﹣1②C（s，石墨）+CO2（g）═2CO（g）△H2=+172.5kJmol﹣1根據蓋斯定律，①﹣②×3可得：Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=﹣28.5kJmol﹣1 ， 所以答案是：Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=﹣28.5kJmol﹣1；（2）①CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）的平衡常數表達式K= ，所以答案是： ；②由甲醇的體積分數φ（CH3OH）與反應溫度T的關系圖示可知：當反應達到平衡后，升高溫度，甲醇的體積分數減小，說明升高溫度，化學平衡逆向移動，升高溫度平衡向吸熱反應方向移動，逆反應方向為吸熱反應，所以正反應為放熱反應，所以△H＜0，所以答案是：＜；③曲線Ⅱ比I先達到平衡，說明曲線Ⅱ的反應速率快，平衡時曲線Ⅱ甲醇的物質的量較小，說明平衡向逆反應進行，由于正反應為氣體體積減小的反應，不能是增大壓強，說明溫度曲線Ⅱ＞I，由于溫度高，CH3OH含量低，說明化學平衡常數KⅠ＞KⅡ ， 所以答案是：＞；（3）①根據質量守恒定律，由CO2和NH3在一定條件下合成尿素[CO（NH2）2]的反應方程式為：2NH3+CO2 CO（NH2）2+H2O，假設n（CO2）=1 mol，則n（NH3）=3mol，由于達平衡時CO2的轉化率為60%，所以反應消耗的n（CO2）=0.6 mol，根據方程式可知反應的NH3的物質的量n（NH3）=1.2 mol，所以氨氣的轉化率為（1.2 mol÷3mol）×100%=40%，所以答案是：2NH3+CO2 CO（NH2）2+H2O；40%； ②用硫酸溶液作電解質進行電解，CO2在電極上可轉化為甲烷，該電極反應的方程式為：CO2+8e﹣+8H+=CH4+2H2O，所以答案是：CO2+8e﹣+8H+=CH4+2H2O；③一水合氨的電離常數大于HCO3﹣的電離常數，可知HCO3﹣水解程度強于NH4+水解出生地，故NH4HCO3溶液呈弱堿性，所以答案是：堿性．
【考點精析】掌握反應熱和焓變和化學平衡常數的含義是解答本題的根本，需要知道在化學反應中放出或吸收的熱量，通常叫反應熱；指在一定條件下的可逆反應里，正反應和逆反應的速率相等，反應混合物中各組分的濃度不變的狀態．