Question

【题目】实现“低碳经济”的一项重要课题就是研究如何将CO2转化为可利用的资源。因此，研究CO2 的综合利用对“低碳社会”的构述构建具有重要意义。

（1）一定条件下CO2可以和铁反应：Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)，该反应的平衡常数（K）与温度（T）的关系如图甲所示：

①该反应的△H______0（填“＜”、“=”或“＞”）。

②下列措施，能使平衡时增大的是______（填序号）。

A．充入一定量的CO B．升高温度 C．使用催化剂

③一定温度下，向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO2，反应过程中CO2和CO的物质的量浓度与时间的关系如图乙所示。该反应的平衡常数K=_____________。

（2）目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，图丙表示该反应过程中能量的变化。

①下列关于该反应的说法，正确的是______（填序号）。

A．△H＜0，△S＜0 B．△H＞0，△S＜0 C．△H＞0，△S＞0 D．△H＜0，△S＞0

②已知：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) △H=-143.0kJmol-1；

H2(g)+ O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJmol-1。

写出表示CH3OH燃烧热的热化学方程式：________________________________。

③一种以甲醇为原料的燃料电池，使用合适的合金为电极，以氢氧化钠溶液、甲醇、氧气为原料，该电池负极的电极反应式为_______________________________。

（3）以CO2为原料还可以合成多种氮肥。

①工业上由CO2和NH3在一定条件下合成尿素的化学方程式为CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)。起始以=5投料进行反应，达到化学平衡时CO2的转化率为60%，则NH3的平衡转化率为______________。

②将足量CO2通入饱和氨水中可制得碳铵（NH4HCO3)。已知室温下Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5，Kal(H2CO3)=4.3×10-7，则 0.lmol/LNH4HCO3 溶液呈_________（填“酸性”“中性”或“碱性”）。

Answer 1

【答案】 > B 1.75 A CH3OH(l)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=714.4kJ/mol CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O 24% 碱性

【解析】（1）①由图甲可得，升高温度K增大，所以△H＞0；②因为K=，又因为K只与温度有关，升高温度K增大，所以选B；③由图乙可得，K===1.75。

（2）①依据反应CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）和图象分析判断：该反应气体的物质的量减少，是熵减少的反应，所以△S＜0；又因为反应物能量高于生成物的能量，反应是放热反应，所以△H＜0，故选A。②根据盖斯定律，第2个反应×3-第1个反应得：CH3OH(l)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=714.4kJ/mol。③甲醇碱性燃料电池总反应为：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O；正极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-；负极反应为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O。

（3）①由题意：设CO2的初始物质的量为x，则NH3的初始物质的量为5x，由方程式列三段式得：

CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)

起始/mol x　　　5x

转化/mol 0.6x　　1.2x

平衡/mol 0.4x　　3.8x

所以平衡时NH3转化率为：1.2x÷5x×100%=24%。

②NH4+的水解常数Kh(NH4+)==，HCO3-的水解常数Kh(HCO3-)==，所以Kh(HCO3-)>Kh(NH4+)，又因为HCO3-的水解显碱性，NH4+的水解显酸性，所以NH4HCO3溶液呈碱性。