Question

【題目】研究CO2的利用對促進低碳社會的構建具有重要意義。

（1）將CO2與焦炭作用生成CO，CO可用于煉鐵等。

已知：①Fe2O3(s) + 3C(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

則CO還原Fe2O3(s)的熱化學方程式為 。

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

CO2(g) +3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) △H

①該反應的平衡常數表達式為K= 。

②取一定體積CO2和H2的混合氣體（物質的量之比為1∶3），加入恒容密閉容器中，發生上述反應，反應過程中測得甲醇的體積分數φ(CH3OH)與反應溫度T的關系如圖1所示，則該反應的ΔH 0（填“>”、“<”或“＝”）。

③在兩種不同條件下發生反應，測得CH3OH的物質的量隨時間變化如圖2所示，曲線Ⅰ、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為KⅠ KⅡ(填“>”、“<”或“＝”)。判斷的理由 。

（3）以CO2為原料還可以合成多種物質。

①工業上尿素[CO(NH2)2]由CO2和NH3在一定條件下合成，其反應方程式為 。開始以氨碳比=3進行反應，達平衡時CO2的轉化率為60％，則NH3的平衡轉化率為 。

②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，碳酸一級電離常數Kb=4.3×10－7，則NH4HCO3溶液呈 （填“酸性”、“中性”、“堿性”）。

Answer 1

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

（2）①；②＜； ③＞；Ⅱ先到達平衡，說明Ⅱ的溫度高，根據①此反應正方向是放熱反應，升高溫度平衡左移，KⅠ>KⅡ；

（3）①2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O；40% ②

【解析】

試題分析：

（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平衡常數：達到化學平衡時，生成物濃度的冪之積與反應物濃度的冪之積，K=c(CH3OH)×c(H2O)/[c(CO2)×c3(H2)]；

②研究最高點以后的，隨溫度升高，CH3OH的體積分數減小，根據勒夏特列原理，升高溫度，平衡向逆反應方向進行，即△H<O；

③Ⅱ先到達平衡，說明Ⅱ的溫度高，根據①此反應正方向是放熱反應，升高溫度平衡左移，KⅠ>KⅡ；

（3）①根據反應前后原子個數和元素守恒得知反應方程式：CO2＋2NH3CO(NH2)2+H2O；設CO2的初始物質的量為a，則NH3的初始物質的量為3a，因CO2的轉化率為60%，故轉化的二氧化碳為a×60%=0.6a，根據方程式可知，轉化的NH3的物質的量為0.6a×2=1.2a，故平衡時氨氣的轉化率定為1.2a÷3a=40%；②據電離常數可知HCO3－水解強于NH4＋水解，故顯弱堿性。