Question

【題目】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：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
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）△H
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(guò)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△H（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(xiàn)I、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)關(guān)系為KⅠKⅡ ．
（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(kāi)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）△H=﹣28.5 kJ?mol﹣1
（2）；＜；＞
（3）2NH3+CO2 CO（NH2）2+H2O；40%；CO2+8e﹣+8H+=CH4+2H2O；堿性
【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根據(jù)蓋斯定律，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）的平衡常數(shù)表達(dá)式K= ，所以答案是： ；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(shuō)明升高溫度，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，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△H＜0，所以答案是：＜；③曲線(xiàn)Ⅱ比I先達(dá)到平衡，說(shuō)明曲線(xiàn)Ⅱ的反應(yīng)速率快，平衡時(shí)曲線(xiàn)Ⅱ甲醇的物質(zhì)的量較小，說(shuō)明平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，由于正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，不能是增大壓強(qiáng)，說(shuō)明溫度曲線(xiàn)Ⅱ＞I，由于溫度高，CH3OH含量低，說(shuō)明化學(xué)平衡常數(shù)KⅠ＞KⅡ ， 所以答案是：＞；（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+CO2 CO（NH2）2+H2O，假設(shè)n（CO2）=1 mol，則n（NH3）=3mol，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）=0.6 mol，根據(jù)方程式可知反應(yīng)的NH3的物質(zhì)的量n（NH3）=1.2 mol，所以氨氣的轉(zhuǎn)化率為（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：CO2+8e﹣+8H+=CH4+2H2O，所以答案是：CO2+8e﹣+8H+=CH4+2H2O；③一水合氨的電離常數(shù)大于HCO3﹣的電離常數(shù)，可知HCO3﹣水解程度強(qiáng)于NH4+水解出生地，故NH4HCO3溶液呈弱堿性，所以答案是：堿性．
【考點(diǎn)精析】掌握反應(yīng)熱和焓變和化學(xué)平衡常數(shù)的含義是解答本題的根本，需要知道在化學(xué)反應(yīng)中放出或吸收的熱量，通常叫反應(yīng)熱；指在一定條件下的可逆反應(yīng)里，正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率相等，反應(yīng)混合物中各組分的濃度不變的狀態(tài)．