Question

研究CO2的利用對(duì)促進(jìn)低碳社會(huì)的構(gòu)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：① Fe2O3(s)+3C(s，石墨)＝2Fe(s)+3CO(g)  ΔH1＝+489.0 kJ·mol－1

      ② C(s，石墨)+CO2(g)＝2CO(g)  ΔH 2＝+172.5 kJ·mol－1

則CO還原Fe2O3(s)的熱化學(xué)方程式為                                  。

（2）二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向，將CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)  ΔH

① 該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝                  。

② 取一定體積CO2和H2的混合氣體（物質(zhì)的量之比為1∶3），加入恒容密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)反應(yīng)過程中測(cè)得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ(CH3OH)與反應(yīng)溫度T的關(guān)系如圖1所示，則該反應(yīng)的ΔH       （填“＞”、“＜”或“＝”，下同）0。

③ 在兩種不同條件下發(fā)生反應(yīng)，測(cè)得CH3OH的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖2所示，曲線I、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)關(guān)系為KⅠ      KⅡ。

（3）以CO2為原料還可以合成多種物質(zhì)。

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(yīng)方程式為                                    。開始以氨碳比＝3進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為60%，則NH3的平衡轉(zhuǎn)化率為                。

② 用硫酸溶液作電解質(zhì)進(jìn)行電解，CO2在電極上可轉(zhuǎn)化為甲烷，該電極反應(yīng)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(jí)電離常數(shù)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)  ΔH＝－28.5 kJ·mol－1  （2分）

（2）①（2分）    ② ＜（2分）    ③＞（2分）

（3）① 2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O（3分）；40 %（2分）

 ② CO2+8e-+8H+＝CH4+2H2O（2分）

③ 堿性（2分）

解析：(1) ①－②×3，整理可得Fe2O3(s)+3CO(g)＝2Fe(s)+3CO2(g)  ΔH＝－28.5 kJ·mol-1。（2）①化學(xué)平衡常數(shù)是可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)各種生成物濃度的冪指數(shù)的乘積與各種反應(yīng)物濃度的冪指數(shù)的乘積的比。對(duì)該反應(yīng)來說，K＝；②由甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ(CH3OH)與反應(yīng)溫度T的關(guān)系圖示可知：當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，升高溫度，甲醇的體積分?jǐn)?shù)減小，說明升高溫度，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)。根據(jù)平衡移動(dòng)原理：升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)。逆反應(yīng)方向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。所以ΔH<0；③曲線Ⅱ比I先達(dá)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(xué)平衡常數(shù)KⅠ>KⅡ；（3）①根據(jù)質(zhì)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(yīng)方程式為2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O。＝3，假設(shè)n(CO2)＝a mol，則n(NH3)＝3amol。由于達(dá)平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為60%，所以反應(yīng)消耗的n(CO2)＝0.6a mol，根據(jù)方程式中二者的物質(zhì)的量的關(guān)系可知反應(yīng)的NH3的物質(zhì)的量n(NH3)＝1.2a mol。所以氨氣的轉(zhuǎn)化率為(1.2a mol÷3amol)×100%＝40%；②用硫酸溶液作電解質(zhì)進(jìn)行電解，CO2在電極上可轉(zhuǎn)化為甲烷，則根據(jù)題意可得：該電極反應(yīng)的方程式為CO2+8e-+8H+＝CH4+2H2O；③據(jù)電離常數(shù)可知HCO3-水解強(qiáng)于NH4＋水解，故顯弱堿性。