Question

研究CO2的利用對促進(jìn)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：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(xué)方程式為???? ????? ?????? 。

（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

CO2(g) +3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g)? △H

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=???? ????? ???????? 。

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A所示，則該反應(yīng)的ΔH ? ??? 0（填“>”、“<”或“＝”）。

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B所示，曲線I、Ⅱ對應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為KⅠ????? KⅡ（填“>” 或“<”）。

（3）以CO2為原料還可以合成多種物質(zhì)。①工業(yè)上尿素[CO(NH2)2]由CO2和NH3在一定條件下合成，其反應(yīng)方程式為???? ??????????????????????????????? 。當(dāng)氨碳比＝3，達(dá)平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率為60%，則NH3的平衡轉(zhuǎn)化率為 ????????????????? 。

②用硫酸溶液作電解質(zhì)進(jìn)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???????????????? 。

 

Answer 1

【答案】

（1）Fe2O3(s)+3CO(g) = 2Fe(s)+3CO2(g)? △H? = —28.5 kJ·mol－1（3分）（方程式、狀態(tài)正確給1分，△H符號、數(shù)據(jù)、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(jù)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(xué)方程式為：Fe2O3(s)+3CO(g) = 2Fe(s)+3CO2(g)? △H? = —28.5 kJ·mol－1 。

（2）①根據(jù)給出的熱化學(xué)方程式可得出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K= ? ，

②圖A中生成物甲醇的體積分?jǐn)?shù)隨著溫度升高呈現(xiàn)出先增大后減小的變化，可以分析為達(dá)到最高點(diǎn)之前反應(yīng)并未達(dá)到平衡，隨溫度升高反應(yīng)速率加快，甲醇含量不斷增大；當(dāng)達(dá)到一定值時，反應(yīng)達(dá)到平衡，此時再升高溫度平衡發(fā)生移動，甲醇含量下降可以看出平衡逆向移動，所以該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH<0。

③圖B中不同條件下反應(yīng)達(dá)到平衡時得到的甲醇的物質(zhì)的量I>Ⅱ，所以I條件下的反應(yīng)進(jìn)行程度更大，所以KⅠ>KⅡ 。

（3）①工業(yè)用CO2和NH3在一定條件下合成尿素，該反應(yīng)方程式可以由C:N比進(jìn)行配平，所以方程式為： 2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O；根據(jù)方程式中的系數(shù)可知，反應(yīng)的n(NH3)=2n(CO2)，而總的n(NH3)=3n(CO2)，所以假設(shè)的CO2有1mol，則有n(NH3)=3n(CO2)=3mol，反應(yīng)的n(NH3)=2×1×0.6 =1.2mol所以氨氣的平衡轉(zhuǎn)化率為40%。

②在酸性電介質(zhì)中發(fā)生電解反應(yīng)，考慮氫離子參加反應(yīng)，CO2在電極上得電子被還原為甲烷，有水生成，所以電極反應(yīng)式為：CO2+8e—+8H+=CH4+2H2O。

考點(diǎn)：本題考查的是化學(xué)反應(yīng)原理的知識，主要涉及熱化學(xué)方程式的書寫、蓋斯定律的應(yīng)用、平衡常數(shù)的表達(dá)、焓變的大小判斷、平衡圖像的理解等知識。