Question

5．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．
己知：①Fe₂O₃（s）+3C（s，石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ/mol
②C（s，石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol
則CO還原Fe₂O₃（s）的熱化學方程式為Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1．
（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(shù)表達式為K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
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(fā)生上述反應過程中測得甲醇的體積分數(shù)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(fā)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(shù)關系為KI＞KII．
（3）以CO₂為原料還可以合成多種物質．工業(yè)上尿素[CO（NH₂）₂]由CO₂和NH₃在一定條件下合成，開始以氨碳比$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$=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40%．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律構造目標熱化學方程式計算反應熱；
（2）①平衡常數(shù)等于生成物的濃度系數(shù)次冪之積除以反應物濃度系數(shù)次冪之積；
②根據(jù)溫度對平衡移動的影響判斷反應熱的符號；
③曲線Ⅱ到達平衡所用時間較短，則該條件下溫度高，升高溫度平衡逆移；
（3）根據(jù)反應物、反應條件、生成物寫出化學反應式，然后利用三段式法計算．

解答 解：（1）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1
依據(jù)蓋斯定律，①-②×3得Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g），故△H=489.0kJmol^-1-3×172.5kJmol^-1=-28.5kJmol^-1，
故答案為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1；
（2）①二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），其平衡常數(shù)為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②根據(jù)圖象可知達到平衡后，溫度越高，甲醇的體積分數(shù)φ（CH₃OH）越小，說明升高溫度平衡逆移，則正反應方向為放熱反應，則△H＜0，
故答案為：＜；
③根據(jù)圖象可知曲線Ⅱ到達平衡所用時間較短，則該條件下溫度高，升高溫度平衡逆移，平衡常數(shù)減小，則曲線Ⅱ條件下平衡常數(shù)較小，即K_Ⅰ＞K_Ⅱ；
故答案為：＞；
（3）根據(jù)反應物是二氧化碳和氨氣（NH₃），反應條件是高溫、高壓，生成物是尿素[CO（NH₂）₂]和水，化學反應式為：2NH₃+CO₂?CO（NH₂）₂+H₂O，
設CO₂的初始物質的量為a，則NH₃的初始物質的量為3a，
             2NH₃+CO₂?CO（NH₂）₂+H₂O
起始/mol 3a        a
轉化/mol 1.2a  0.6a
平衡/mol 1.8a  0.4a
平衡時NH₃轉化率為：$\frac{1.2a}{3a}$×100%=40%，
故答案為：40%．

點評 本題考查了化學平衡的計算、蓋斯定律的應用等知識，題目難度中等，明確化學平衡及其影響為解答關鍵，注意掌握蓋斯定律的內(nèi)容及應用方法，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學計算能力．