Question

【题目】研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义．
（1）将CO2与焦炭作用生成CO，CO可用于炼铁等．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
则CO还原Fe2O3（s）的热化学方程式为 ．
（2）二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向，将CO2转化为甲醇的热化学方程式为：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H
①该反应的平衡常数表达式为K= ．
②取一定体积CO2和H2的混合气体（物质的量之比为1：3），加入恒容密闭容器中，发生上述反应反应过程中测得甲醇的体积分数φ（CH3OH）与反应温度T的关系如图1所示，则该反应的△H（填“＞”、“＜”或“=”，下同）0．

③在两种不同条件下发生反应，测得CH3OH的物质的量随时间变化如图2所示，曲线I、Ⅱ对应的平衡常数关系为KⅠKⅡ ．
（3）以CO2为原料还可以合成多种物质．①工业上尿素[CO（NH2）2]由CO2和NH3在一定条件下合成，其反应方程式为 ． 开始以氨碳比 =3进行反应，达平衡时CO2的转化率为60%，则NH3的平衡转化率为 ．
②用硫酸溶液作电解质进行电解，CO2在电极上可转化为甲烷，该电极反应的方程式为 ．
③将足量CO2通入饱和氨水中可得氮肥NH4HCO3 ， 已知常温下一水合氨Kb=1.8×10﹣5 ， 碳酸一级电离常数Ka=4.3×10﹣7 ， 则NH4HCO3溶液呈（填“酸性”、“中性”或“碱性”）．

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；碱性
【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根据盖斯定律，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）的平衡常数表达式K= ，所以答案是： ；②由甲醇的体积分数φ（CH3OH）与反应温度T的关系图示可知：当反应达到平衡后，升高温度，甲醇的体积分数减小，说明升高温度，化学平衡逆向移动，升高温度平衡向吸热反应方向移动，逆反应方向为吸热反应，所以正反应为放热反应，所以△H＜0，所以答案是：＜；③曲线Ⅱ比I先达到平衡，说明曲线Ⅱ的反应速率快，平衡时曲线Ⅱ甲醇的物质的量较小，说明平衡向逆反应进行，由于正反应为气体体积减小的反应，不能是增大压强，说明温度曲线Ⅱ＞I，由于温度高，CH3OH含量低，说明化学平衡常数KⅠ＞KⅡ ， 所以答案是：＞；（3）①根据质量守恒定律，由CO2和NH3在一定条件下合成尿素[CO（NH2）2]的反应方程式为：2NH3+CO2 CO（NH2）2+H2O，假设n（CO2）=1 mol，则n（NH3）=3mol，由于达平衡时CO2的转化率为60%，所以反应消耗的n（CO2）=0.6 mol，根据方程式可知反应的NH3的物质的量n（NH3）=1.2 mol，所以氨气的转化率为（1.2 mol÷3mol）×100%=40%，所以答案是：2NH3+CO2 CO（NH2）2+H2O；40%； ②用硫酸溶液作电解质进行电解，CO2在电极上可转化为甲烷，该电极反应的方程式为：CO2+8e﹣+8H+=CH4+2H2O，所以答案是：CO2+8e﹣+8H+=CH4+2H2O；③一水合氨的电离常数大于HCO3﹣的电离常数，可知HCO3﹣水解程度强于NH4+水解出生地，故NH4HCO3溶液呈弱碱性，所以答案是：碱性．
【考点精析】掌握反应热和焓变和化学平衡常数的含义是解答本题的根本，需要知道在化学反应中放出或吸收的热量，通常叫反应热；指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度不变的状态．