Question

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：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數(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?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K_Ⅰ     K_Ⅱ（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

（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）

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)表達式為：K=   ，
②圖A中生成物甲醇的體積分數(shù)隨著溫度升高呈現(xiàn)出先增大后減小的變化，可以分析為達到最高點之前反應(yīng)并未達到平衡，隨溫度升高反應(yīng)速率加快，甲醇含量不斷增大；當(dāng)達到一定值時，反應(yīng)達到平衡，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)進行程度更大，所以K_Ⅰ>K_Ⅱ 。
（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。