Question

【題目】實現“低碳經濟”的一項重要課題就是研究如何將CO2轉化為可利用的資源。因此，研究CO2 的綜合利用對“低碳社會”的構述構建具有重要意義。

（1）一定條件下CO2可以和鐵反應：Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)，該反應的平衡常數（K）與溫度（T）的關系如圖甲所示：

①該反應的△H______0（填“＜”、“=”或“＞”）。

②下列措施，能使平衡時增大的是______（填序號）。

A．充入一定量的CO B．升高溫度 C．使用催化劑

③一定溫度下，向某密閉容器中加入足量鐵粉并充入一定量的CO2，反應過程中CO2和CO的物質的量濃度與時間的關系如圖乙所示。該反應的平衡常數K=_____________。

（2）目前工業上有一種方法是用CO2來生產燃料甲醇。一定條件下發生反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，圖丙表示該反應過程中能量的變化。

①下列關于該反應的說法，正確的是______（填序號）。

A．△H＜0，△S＜0 B．△H＞0，△S＜0 C．△H＞0，△S＞0 D．△H＜0，△S＞0

②已知：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) △H=-143.0kJmol-1；

H2(g)+ O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJmol-1。

寫出表示CH3OH燃燒熱的熱化學方程式：________________________________。

③一種以甲醇為原料的燃料電池，使用合適的合金為電極，以氫氧化鈉溶液、甲醇、氧氣為原料，該電池負極的電極反應式為_______________________________。

（3）以CO2為原料還可以合成多種氮肥。

①工業上由CO2和NH3在一定條件下合成尿素的化學方程式為CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)。起始以=5投料進行反應，達到化學平衡時CO2的轉化率為60%，則NH3的平衡轉化率為______________。

②將足量CO2通入飽和氨水中可制得碳銨（NH4HCO3)。已知室溫下Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5，Kal(H2CO3)=4.3×10-7，則 0.lmol/LNH4HCO3 溶液呈_________（填“酸性”“中性”或“堿性”）。

Answer 1

【答案】 > B 1.75 A CH3OH(l)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=714.4kJ/mol CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O 24% 堿性

【解析】（1）①由圖甲可得，升高溫度K增大，所以△H＞0；②因為K=，又因為K只與溫度有關，升高溫度K增大，所以選B；③由圖乙可得，K===1.75。

（2）①依據反應CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）和圖象分析判斷：該反應氣體的物質的量減少，是熵減少的反應，所以△S＜0；又因為反應物能量高于生成物的能量，反應是放熱反應，所以△H＜0，故選A。②根據蓋斯定律，第2個反應×3-第1個反應得：CH3OH(l)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=714.4kJ/mol。③甲醇堿性燃料電池總反應為：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O；正極反應為O2+2H2O+4e-=4OH-；負極反應為：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O。

（3）①由題意：設CO2的初始物質的量為x，則NH3的初始物質的量為5x，由方程式列三段式得：

CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)

起始/mol x　　　5x

轉化/mol 0.6x　　1.2x

平衡/mol 0.4x　　3.8x

所以平衡時NH3轉化率為：1.2x÷5x×100%=24%。

②NH4+的水解常數Kh(NH4+)==，HCO3-的水解常數Kh(HCO3-)==，所以Kh(HCO3-)>Kh(NH4+)，又因為HCO3-的水解顯堿性，NH4+的水解顯酸性，所以NH4HCO3溶液呈堿性。