Question

研究CO₂的利用對促進低碳社會的構建具有重要意義。
（1）將CO₂與焦炭作用生成CO，CO可用于煉鐵等。
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
則CO還原Fe₂O₃(s)的熱化學方程式為                  。
（2）二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向，將CO₂轉化為甲醇的熱化學方程式
CO₂(g) +3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g) △H
①該反應的平衡常數表達式為K=                    。
②取一定體積CO₂和H₂的混合氣體(物質的量之比為1∶3)，加入恒容密閉容器中，發生上述反應。反應過程中測得甲醇的體積分數φ(CH₃OH)與反應溫度T的關系如圖A所示，則該反應的ΔH      0（填“>”、“<”或“＝”）。

③在兩種不同條件下發生反應，測得CH₃OH的物質的量隨時間變化如圖B所示，曲線I、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為K_Ⅰ     K_Ⅱ（填“>” 或“<”）。
（3）以CO₂為原料還可以合成多種物質。①工業上尿素[CO(NH₂)₂]由CO₂和NH₃在一定條件下合成，其反應方程式為                                    。當氨碳比＝3，達平衡時CO₂的轉化率為60%，則NH₃的平衡轉化率為                  。
②用硫酸溶液作電解質進行電解，CO₂在電極上可轉化為甲烷，該電極反應的方程式為                。

Answer 1

（1）Fe₂O₃(s)+3CO(g) = 2Fe(s)+3CO₂(g) △H = —28.5 kJ·mol^－1（3分）（方程式、狀態正確給1分，△H符號、數據、單位正確給2分）
（2）① （2分）   ②＜（2分） ③>（2分）
（3）①2NH₃+CO₂CO(NH₂)₂+H₂O（2分）（配平錯扣1分）  
40%或0.4（2分）
②CO₂+8e^—+8H⁺=CH₄+2H₂O（3分）（配平錯扣2分）

解析試題分析：（1）根據已知方程式和蓋斯定律，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還原氧化鐵的熱化學方程式為：Fe₂O₃(s)+3CO(g) = 2Fe(s)+3CO₂(g) △H = —28.5 kJ·mol^－1 。
（2）①根據給出的熱化學方程式可得出該反應的平衡常數表達式為：K=   ，
②圖A中生成物甲醇的體積分數隨著溫度升高呈現出先增大后減小的變化，可以分析為達到最高點之前反應并未達到平衡，隨溫度升高反應速率加快，甲醇含量不斷增大；當達到一定值時，反應達到平衡，此時再升高溫度平衡發生移動，甲醇含量下降可以看出平衡逆向移動，所以該反應正反應為放熱反應，ΔH<0。
③圖B中不同條件下反應達到平衡時得到的甲醇的物質的量I>Ⅱ，所以I條件下的反應進行程度更大，所以K_Ⅰ>K_Ⅱ 。
（3）①工業用CO₂和NH₃在一定條件下合成尿素，該反應方程式可以由C:N比進行配平，所以方程式為： 2NH₃+CO₂CO(NH₂)₂+H₂O；根據方程式中的系數可知，反應的n(NH3)=2n(CO2)，而總的n(NH3)=3n(CO2)，所以假設的CO2有1mol，則有n(NH3)=3n(CO2)=3mol，反應的n(NH3)=2×1×0.6 =1.2mol所以氨氣的平衡轉化率為40%。
②在酸性電介質中發生電解反應，考慮氫離子參加反應，CO₂在電極上得電子被還原為甲烷，有水生成，所以電極反應式為：CO₂+8e^—+8H⁺=CH₄+2H₂O。
考點：本題考查的是化學反應原理的知識，主要涉及熱化學方程式的書寫、蓋斯定律的應用、平衡常數的表達、焓變的大小判斷、平衡圖像的理解等知識。