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)  △H ₁ = +489.0 kJ·mol^－1

C(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

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A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                                     。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) △H = —28.5 kJ·mol－1（3分）（方程式、状态正确给1分，△H符号、数据、单位正确给2分）

（2）① （2分） ②＜（2分） ③>（2分）

（3）①2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O（2分）（配平错扣1分）

40%或0.4（2分）

②CO2+8e—+8H+=CH4+2H2O（3分）（配平错扣2分）

【解析】

试题分析：（1）根据已知方程式和盖斯定律，所求方程式可由①－②×3得，△H = △H 1－3△H 2 = +489.0 kJ·mol－1－3×172.5 kJ·mol－1 =—28.5 kJ·mol－1 ，所以CO还原氧化铁的热化学方程式为：Fe2O3(s)+3CO(g) = 2Fe(s)+3CO2(g) △H = —28.5 kJ·mol－1 。

（2）①根据给出的热化学方程式可得出该反应的平衡常数表达式为：K= ，

②图A中生成物甲醇的体积分数随着温度升高呈现出先增大后减小的变化，可以分析为达到最高点之前反应并未达到平衡，随温度升高反应速率加快，甲醇含量不断增大；当达到一定值时，反应达到平衡，此时再升高温度平衡发生移动，甲醇含量下降可以看出平衡逆向移动，所以该反应正反应为放热反应，ΔH<0。

③图B中不同条件下反应达到平衡时得到的甲醇的物质的量I>Ⅱ，所以I条件下的反应进行程度更大，所以KⅠ>KⅡ 。

（3）①工业用CO2和NH3在一定条件下合成尿素，该反应方程式可以由C:N比进行配平，所以方程式为： 2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O；根据方程式中的系数可知，反应的n(NH3)=2n(CO2)，而总的n(NH3)=3n(CO2)，所以假设的CO2有1mol，则有n(NH3)=3n(CO2)=3mol，反应的n(NH3)=2×1×0.6 =1.2mol所以氨气的平衡转化率为40%。

②在酸性电介质中发生电解反应，考虑氢离子参加反应，CO2在电极上得电子被还原为甲烷，有水生成，所以电极反应式为：CO2+8e—+8H+=CH4+2H2O。

考点：本题考查的是化学反应原理的知识，主要涉及热化学方程式的书写、盖斯定律的应用、平衡常数的表达、焓变的大小判断、平衡图像的理解等知识。