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：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

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)   △H

①该反应的平衡常数表达式为K=                                      。

②取一定体积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1所示，则该反应的ΔH       0（填“>”、“<”或“＝”）。

③在两种不同条件下发生反应，测得CH₃OH的物质的量随时间变化如图2所示，曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ      K_Ⅱ(填“>”、“<”或“＝”)。判断的理由                   。

（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               。开始以氨碳比=3进行反应，达平衡时CO₂的转化率为60％，则NH₃的平衡转化率为             。

②将足量CO₂通入饱和氨水中可得氮肥NH₄HCO₃，已知常温下一水合氨K_b=1.8×10^－5，碳酸一级电离常数K_b=4.3×10^－7，则NH₄HCO₃溶液呈         （填“酸性”、“中性”、“碱性”）。

Answer

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

（2）①；②＜； ③＞；Ⅱ先到达平衡，说明Ⅱ的温度高，根据①此反应正方向是放热反应，升高温度平衡左移，KⅠ>KⅡ；

（3）①2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O；40% ②

【解析】

试题分析：

（1）①－②×3得：3CO(g)＋Fe2O3(s)=2Fe(s)＋3CO2(g) △H=△H1－3×△H2= —28.5 kJ·mol－1，整理得：Fe2O3(s)+3CO(g) = 2Fe(s)+3CO2(g) △H = —28.5 kJ·mol－1；

（2）①平衡常数：达到化学平衡时，生成物浓度的幂之积与反应物浓度的幂之积，K=c(CH3OH)×c(H2O)/[c(CO2)×c3(H2)]；

②研究最高点以后的，随温度升高，CH3OH的体积分数减小，根据勒夏特列原理，升高温度，平衡向逆反应方向进行，即△HKⅡ；

（3）①根据反应前后原子个数和元素守恒得知反应方程式：CO2＋2NH3CO(NH2)2+H2O；设CO2的初始物质的量为a，则NH3的初始物质的量为3a，因CO2的转化率为60%，故转化的二氧化碳为a×60%=0.6a，根据方程式可知，转化的NH3的物质的量为0.6a×2=1.2a，故平衡时氨气的转化率定为1.2a÷3a=40%；②据电离常数可知HCO3－水解强于NH4＋水解，故显弱碱性。

考点：考查热化学反应方程式的计算、平衡常数的表达式、勒夏特列原理、电极反应式的书写等知识。