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(s，石墨)＝2Fe(s)+3CO(g)Δ    H₁＝+489.0 kJ·mol^－1

C(s，石墨)+CO₂(g)＝2CO(g)    ΔH 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)  ΔH

①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“＝”，下同）。

②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对应的平衡常数关系为K_Ⅰ____________K_Ⅱ。

（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。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_a＝4.3×10^-7，则NH₄HCO₃溶液呈_______________（填“酸性”、“中性”或“碱性”）。

Answer

Fe2O3(s)+3CO(s，石墨)＝2Fe(s)+3CO2(g)ΔH1＝－28.5 kJ·mol﹣1<＞40%碱性

【解析】（1）本题考查热化学反应方程式计算，①Fe2O3(s)+3C(s，石墨)＝2Fe(s)+3CO(g)，②C(s，石墨)+CO2(g)＝2CO(g)，①－3×②得出：Fe2O3(s)+3CO(s，石墨)＝2Fe(s)+3CO2(g) △H=(489－3×172.5)kJ·mol－1=－28.5kJ·mol－1；（2）本题考查勒夏特列原理、化学平衡常数的计算等知识，①考虑影响化学平衡的因素，应先建立一个化学平衡，然后改变某一因素，平衡发生移动，最高点建立化学平衡，最高点以后，随着温度升高，甲醇的体积分数降低，说明平衡向逆反应方向移动，即正反应是放热反应，△H<0；②温度高，化学反应速率快，先达到平衡，根据图像2，II的温度高于I，化学平衡常数只受温度的影响，此反应的正反应是放热反应，因此KI>KII；（3）①反应方程式为CO2＋2NH3=CO(NH2)2＋H2O，设n(NH3)=3mol，则n(CO2)=1mol，CO2的转化率为60%，消耗CO2的物质的量为1×60%mol=0.6mol，消耗NH3的物质的量为2×0.6mol=1.2mol，即NH3的转化率为1.2/3×100%=40%；②HCO3－水【解析】
HCO3－＋H2O H2CO3＋OH－，Kh=c(OH－)×c(H2CO3)/c(HCO3－)=c(OH－)×c(H2CO3)/[c(HCO3－)×c(H＋)]=Kw/Ka1=10－14/4.3×10－7=2×10－8，同理NH4＋的水解平衡常数=10－14/1.8×10－5=6×10－10，水解平衡常数越大，说明水解程度越大，因此碳酸氢铵的水溶液显碱性。

点睛：本题考查化学反应原理的应用，涉及内容是热化学反应方程式计算、勒夏特列原理、化学平衡常数、化学平衡的计算、溶液中三大平衡常数的应用，本题难点是勒夏特列原理应用和溶液中三大平衡常数的应用；应用勒夏特列原理，首先建立化学平衡，找出哪个时间段建立平衡，本题中最高点为平衡，然后看平衡点以后，温度对化学平衡移动如何影响；溶液中三大平衡常数之间的关系是Kw=Kh×K，熟记该公式，能够快速解决问题。