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（石墨）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

若向体积为1L的恒容密闭容器中按下表中三种投料方式投料，发生上述反应．反应温度对CO₂平衡转化率影响的曲线（如下图）。

   

① 该反应的△H_______0(填“＞”“＜”或“=” ），曲线C对应的投料是第_________组。

② T₁℃ 时，曲线a对应的化学平衡常数K=_________(保留两位有效数字）。

③ 若500℃ 时该反应的平衡常数K= 2.5，T₁℃________500℃ （填“>”“<”或“=”）。

（3）用电化学的方法也可以将CO₂变废为宝，用硫酸溶液作电解质进行电解，CO₂在电极上可转化为甲烷，该电极反应式为____________。

（4）用石灰水就能够将CO₂转变成CaCO₃，若Ksp(CaCO₃）=2.8×10^-9，饱和石灰水的物质的量浓度为0.01mol/L，则向1L饱和石灰水中通入_______mLCO₂(标准状况），溶液中开始出现沉淀（不考虑反应过程中溶液体积的变化）。

Answer

（1）Fe2O3(s）+3CO(g）=2Fe(s）+3CO2(g） AH=-28.5kJ/mol（2分） CO2（1分）

（2）①<（2分）3（2分）②0.52（2分）③>（2分）

（3）CO2+8H++8e-=CH4+2H2O（2分）；（4）6.272×l0-3（2分）

【解析】

试题分析：(l）根据盖斯定律①-②×3，整理可得：Fe2O3(s）+3CO(g）=2Fe(s）+3CO2(g） AH=-28.5kJ/mol。 （2）①观察图像，根据图像可知：升高温度反应物CO转化率减小，说明升高温度，化学平衡逆向移动，逆反应方向是吸热反应，所以该反应正反应一定是放热反应，所以△H<0；相同条件下加入H2的量越多，CO2的转化率越高，故曲线c对应的是第3组投料的情况。②曲线a对应的是n(CO2）:n(H2）=1:3的情况，T1℃ 时CO2转化率60%，即反应消耗CO2的物质的量是0．6 mol，则消耗1.8molH2，反应产生CH3OH0.6mol，产生H2O的物质的量是0.6mol，平衡时CO2的物质的量是0.4mol，H2的物质的量是1.2mol。由于容器的容积 是1L，因此平衡时各种物质的物质的量浓度与其物质的量在数值上相等，所以该温度下的化学平衡常数K；③由于该反应的正反应是放热反应，500℃时反应的平衡常数K=2．5>0．52，升高温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，会使化学平衡常数减小，所以T1℃>500 ℃。（3）通过电解使CO2转化为甲烷，碳元素化合价由+4价变为-4价，化合价降低，得电子，所以在阴极区发生反应，电解质溶液中的H+参与反应，电极反应式CO2+8H++8e-=CH4+2H2O；（4）饱和石灰水的物质的量浓度为0.01 mol/L，则c(Ca2+）=0.01 mol/L，由于Ksp(CaCO3）=2.8×10-9，则c(CO32-）=2.8×10-7mol/L时，CaCO3开始沉淀，1L饱和石灰水中通入CO2体积为2.8×10-7mol×22.4L/mol×103mL/L=6．272×l0-3mL。

考点：考查盖斯定律的应用、外界条件对化学平衡移动的影响、化学平衡常数的计算及沉淀溶解平衡的应用的知识。