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可用子炼铁等。

①已知：Fe₂O₃(s)＋3C(石墨)=2Fe(s)＋3CO(g)　ΔH₁＝akJ·mol^－1

C(石墨)＋CO₂(g)=2CO(g)　ΔH₂＝bkJ·mol^－1

则CO还原Fe₂O₃(s)的热化学方程式为______________。

（2）将CO₂转化为甲醇的热化学方程式为： CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g) △H

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。

①下列情况能说明反应已达平衡状态的是________（填字母）。

A.容器内气体密度不变             B.容器内气体总压强保持不变

C.绝热恒容时，平衡常数不变       D.v_正(CH₃OH)=3v_逆(H₂)

②反应过程中测得甲醇的体积分数α(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。

①如图是模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO₃的部分装置。操作中先在_____处通入NH₃气体，然后再在_______处通入CO₂气体。

②人工光合作用能够借助太阳能用CO₂和水制备化学原料，右图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，请写出催化剂b处的电极反应式：________________。

Answer

Fe2O3(s)+3CO( g)=2Fe(s) +3CO2(g) △H=(a-3b)kJ/mol BC < > a b CO2+2e-+2H+=HCOOH

【解析】（1）①Fe2O3（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H1=akJ•mol-1，②C（石墨）+CO2（g）=2CO（g）△H2=bkJ•mol-1，依据盖斯定律①-②×3得到Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=(a-3b)kJ•mol-1；

（2）①A.体积和质量始终不变，则密度始终不变，无法判断是平衡状态，故A错误；B.反应前后气体的物质的量不等，容器内气体总压强保持不变，说明气体总的物质的量一定，可判断是平衡状态，故B正确；C.平衡常数不变，说明温度不变，在绝热恒容时温度不变，是平衡状态，故C正确；D.当v正(CH3OH)=v逆(H2)时表明平衡状态，故D错误；答案为BC；②由图可知最高点反应到达平衡，达平衡后，温度越高，α（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）①“侯氏制碱法”制取NaHCO3的原理是在饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳，而得到NaHCO3的，在这一实验过程中，由于C02在水中的溶解度较小，而NH3的溶解度较大，为防止倒吸，b管通C02，a管通NH3，所以要在食盐水先a管通NH3然后再b管通C02；

②由图可知，左室投入是水，生成氧气与氢离子，催化剂a表面发生氧化反应，为负极，右室催化剂b表面通入二氧化碳，酸性条件下生成HCOOH，电极反应式为CO2+2H++2e-=HCOOH。

点睛：“候氏制碱法”制取NaHCO3的原理 是在饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳，而得到NaHCO3的，在这一实验过程中，由于C02在水中的溶解度较小，而NH3的溶解度较大，为防止倒吸，b管通C02，a管通NH3，所以要在食盐水先通NH3然后再通C02，否则C02通入后会从水中逸出，等再通NH3时溶液中C02的量就很少了，这样得到的产品也很少；在这个实验中的尾气主要是C02和NH3，其中NH3对环境影响较大，要吸收，而NH3是碱性气体，所以在C装置中要装酸性物质，据此判断。