Question

（14分）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(石墨) = 2Fe(s) + 3CO(g) △H 1 = +489．0 kJ·mol－1

②C(石墨) +CO2(g) = 2CO(g) △H 2 = +172．5 kJ·mol－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(fā)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ΔH 0 （填“>”、“<”或“＝”）。

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對應的平衡常數大小關系為KⅠ KⅡ(填“>”、“<”或“＝”)。

（3）以CO2為原料還可以合成多種物質。

①工業(yè)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 。

當氨碳比＝3，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 。

 

Answer 1

（1）Fe2O3(s)+3CO(g) = 2Fe(s)+3CO2(g) △H = —28．5 kJ·mol－1

（2）① ；②＜ ； ③>

（3）（2）2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O 40 % ②CO2+8e—+8H+=CH4+2H2O

【解析】

試題分析：(1) ①－②×3，整理可得Fe2O3(s)+3CO(g) = 2Fe(s)+3CO2(g) △H = —28．5 kJ/mol。（2）①化學平衡常數是可逆反應達到平衡狀態(tài)時各種生成物濃度的冪指數的乘積與各種反應物濃度的冪指數的乘積的比。對該反應來說，K=。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。根據偏高移動原理：升高溫度夢幻西游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ΔH<0。 ③曲線Ⅱ比I先達到平衡。說明溫度溫度曲線Ⅱ>I。由于溫度高，CH3OH含量低，說明化學平衡常數KⅠ>KⅡ。（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+CO2CO(NH2)2+H2O。＝3，假設n(CO2)=amol,則n(NH3)=3amol。由于達平衡時CO2的轉化率為60%，所以反應消耗的n(CO2)=0．6amol．，根據方程式中二者的物質的量的關系可知反應的NH3的物質的量n(NH3)=1．2amol．所以氨氣的轉化率為(1．2amol．÷3amol)×100%=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，則根據題意可得：該電極反應的方程式為CO2+8e—+8H+=CH4+2H2O。

考點：考查熱化學方程式的書寫、化學平衡常數的表達式、溫度對化學平衡常數的影響、物質轉化率、電化學電極式的書寫的知識。