Question

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：Fe₂O₃(s)＋3C(石墨)===2Fe(s)＋3CO(g)   ΔH₁＝＋489.0 kJ·mol^－1；

C(石墨)＋CO₂(g)===2CO(g)   ΔH₂＝＋172.5 kJ·mol^－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)  ΔH

①该反应的平衡常数表达式为K＝_____________。

②取一定体积的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Z7­6(a)所示，则该反应的ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)。

(a)                          (b)

图Z7­6

③在两种不同条件下发生反应，测得CH₃OH的物质的量随时间的变化关系如图(b)所示，曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_I________K_Ⅱ(填“>”“<”或“＝”)。

（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：____________

2NH₃＋CO₂  CO(NH₂)₂＋H₂O 当氨碳比＝3，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____ ____。

Answer

（1） Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g) ΔH＝－28.5 kJ·mol－1

（2）① ②< ③>

（3）① 40%

② CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O

【解析】

试题分析：（1） 根据盖斯定律分析，反应①-反应②×3即可得热化学方程式为Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g) ΔH＝489.0-172.5×3=－28.5 kJ·mol－1。 （2）①二氧化碳和成甲醇是碳减排的新方向，将二氧化碳转化为甲醇的热化学方程式为CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，其平衡常数为 。②根据图像可知达到平衡后，温度越高，甲醇的体积分数越小，说明升温平衡逆向移动，则正反应方向为放热反应，ΔH <0。 ③根据图像可知曲线Ⅱ达到平衡所用的时间较短，则该条件下温度高，升温平衡逆向移动，平衡常数减小，则曲线Ⅱ的平衡常数较小，即K1>K2。（3）①假设起始氨气的物质的量为3摩尔，则二氧化碳为1摩尔，当二氧化碳的转化率为60%，则消耗的二氧化碳为1×60%=0.6摩尔，则根据方程式分析，消耗的氨气的物质的量为1.2摩尔，则氨气的转化率为1.2/3=40%。② 用硫酸溶液做电解质进行电解，二氧化碳失去电子转化为甲烷，则其电极反应为CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O

考点： 用盖斯定律进行有关反应热的计算，电极反应和电池反应方程式的书写，化学平衡常数的计算