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)  △H₁=+489.0 kJ·mol^－1    C(石墨)+CO₂(g)=2CO(g)          △H₂=+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，用硫酸溶液作电解质进行电解，CO₂在电极上可转化为CH₄，该电极应与电源 ___________（填“正极”、“负极”）相连，其电极反应的方程式为______________________。

Answer

Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)  △H=-28.5 kJ·mol－1 c(H2O) ·c(CH3OH)/ c(CO2) · c(H2)3 < > 负极 CO2-8e-+8H+= CH4+2H2O

【解析】(1)①Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ•mol-1；②C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ•mol-1；依据盖斯定律①-②×3得到Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5 kJ•mol-1；
(2)①平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，所以K=；
②由图可知最高点反应到达平衡，达平衡后，温度越高，φ(CH3OH)越小，平衡向逆反应进行，升高温度平衡吸热方向进行，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应，即△H＜0；
③由图2可知，温度TⅠ＜TⅡ，平衡时，温度越高CO的转化率越小，说明升高温度，平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动，故该反应正反应为放热反应，则△H＜0，升高温度，平衡向逆反应移动，所以KⅠ＞KⅡ；

(3)CO2在电极上可转化为CH4，发生还原反应，电解池的阴极发生还原反应，则该电极应与电源负极相连，其电极反应的方程式为CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O。