Question

14．研究CO₂的利用對促進低碳社會的構(gòu)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：
①Fe₂O₃（s）+3C（s，石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1
②C（s，石墨）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1
則CO還原Fe₂O₃（s）的熱化學(xué)方程式為Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1．
（2）二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向，將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{{c（C{H_3}OH）•c（{H_2}O）}}{{c（C{O_2}）•{c^3}（{H_2}）}}$．
②取一定體積CO₂和H₂的混合氣體（物質(zhì)的量之比為1：3），加入恒容密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)反應(yīng)過程中測得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）與反應(yīng)溫度T的關(guān)系如圖1所示，則該反應(yīng)的△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”，下同）．

③在兩種不同條件下發(fā)生反應(yīng)，測得CH₃OH的物質(zhì)的量隨時間變化如圖2所示，曲線I、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)關(guān)系為K_Ⅰ＞K_Ⅱ．
（3）以CO₂為原料還可以合成多種物質(zhì)．
①用硫酸溶液作電解質(zhì)進行電解，CO₂在電極上可轉(zhuǎn)化為甲烷，該電極反應(yīng)的方程式為CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O．
②將足量CO₂通入飽和氨水中可得氮肥NH₄HCO₃，已知常溫下一水合氨K_b=1.8×10^-5，碳酸一級電離常數(shù)K_a=4.3×10^-7，則NH₄HCO₃溶液呈堿性（填“酸性”、“中性”或“堿性”）．

Answer 1

分析 （1）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1；②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1，依據(jù)蓋斯定律，①-②×3，計算反應(yīng)熱；
（2）①平衡常數(shù)等于生成物的濃度系數(shù)次冪之積除以反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積；
②根據(jù)溫度對平衡移動的影響判斷反應(yīng)熱的符號；
③曲線Ⅱ到達平衡所用時間較短，則該條件下溫度高，升高溫度平衡逆移；
（3）①用硫酸溶液作電解質(zhì)進行電解，CO₂失電子轉(zhuǎn)化為甲烷；
②已知常溫下一水合氨K_b=1.8×10^-5，碳酸一級電離常數(shù)K_a=4.3×10^-7，所以碳酸氫根離子的水解能力強于銨根離子．

解答 解：（1）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1
依據(jù)蓋斯定律，①-②×3得Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g），故△H=489.0kJmol^-1-3×172.5kJmol^-1=-28.5kJmol^-1，
故答案為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1；
（2）①二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向，將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），其平衡常數(shù)K=$\frac{{c（C{H_3}OH）•c（{H_2}O）}}{{c（C{O_2}）•{c^3}（{H_2}）}}$，故答案為：$\frac{{c（C{H_3}OH）•c（{H_2}O）}}{{c（C{O_2}）•{c^3}（{H_2}）}}$；
②根據(jù)圖象可知達到平衡后，溫度越高，甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）越小，說明升高溫度平衡逆移，則正反應(yīng)方向為放熱反應(yīng)，則△H＜0，故答案為：＜；
③根據(jù)圖象可知曲線Ⅱ到達平衡所用時間較短，則該條件下溫度高，升高溫度平衡逆移，平衡常數(shù)減小，則曲線Ⅱ條件下平衡常數(shù)較小，即K_Ⅰ＞K_Ⅱ；
故答案為：＞；
（3）①用硫酸溶液作電解質(zhì)進行電解，CO₂失電子轉(zhuǎn)化為甲烷，則其電極方程式為：CO₂+8H⁺-8e^-=CH₄+2H₂O，故答案為：CO₂+8H⁺-8e^-=CH₄+2H₂O；
②已知常溫下一水合氨K_b=1.8×10^-5，碳酸一級電離常數(shù)K_a=4.3×10^-7，所以碳酸氫根離子的水解能力強于銨根離子，所以 NH₄HCO₃顯堿性，故答案為：堿性．

點評 本題綜合性考查了蓋斯定律的應(yīng)用、平衡常數(shù)的表達式及影響因素的判斷、電極方程式的書寫等，側(cè)重于對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用的考查，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和解決問題的能力．