Question

【題目】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）+3CO（s，石墨）═2Fe（s）+3CO2（g）△H1=+489.0kJmol﹣1

C（s，石墨）+CO2（g）═2CO（g）△H2=+172.5kJmol﹣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為：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H

①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1所示，則該反應的△H____0（填“＞”、“＜”或“=”，下同）。

②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2所示，曲線I、Ⅱ對應的平衡常數關系為KⅠ_____KⅡ。

（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．開始以氨碳比=3進行反應，達平衡時CO2的轉化率為60%，則NH3的平衡轉化率為_____。

②將足量CO2通入飽和氨水中可得氮肥NH4HCO3，已知常溫下一水合氨Kb=1.8×10﹣5，碳酸一級電離常數Ka=4.3×10﹣7，則NH4HCO3溶液呈_____（填“酸性”、“中性”或“堿性”）。

Answer 1

【答案】 Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=﹣28.5 kJmol﹣1 ＜ ＞ 40% 堿性

【解析】（1）本題考查熱化學反應方程式計算，①Fe2O3(s)+3C(s，石墨)＝2Fe(s)+3CO(g)，②C(s，石墨)+CO2(g)＝2CO(g)，①－3×②得出：Fe2O3(s)+3CO(s，石墨)＝2Fe(s)+3CO2(g) △H=(489－3×172.5)kJ·mol－1=－28.5kJ·mol－1；（2）本題考查勒夏特列原理、化學平衡常數的計算等知識，①考慮影響化學平衡的因素，應先建立一個化學平衡，然后改變某一因素，平衡發生移動，最高點建立化學平衡，最高點以后，隨著溫度升高，甲醇的體積分數降低，說明平衡向逆反應方向移動，即正反應是放熱反應，△H<0；②溫度高，化學反應速率快，先達到平衡，根據圖像2，II的溫度高于I，化學平衡常數只受溫度的影響，此反應的正反應是放熱反應，因此KI>KII；（3）①反應方程式為CO2＋2NH3=CO(NH2)2＋H2O，設n(NH3)=3mol，則n(CO2)=1mol，CO2的轉化率為60%，消耗CO2的物質的量為1×60%mol=0.6mol，消耗NH3的物質的量為2×0.6mol=1.2mol，即NH3的轉化率為1.2/3×100%=40%；②HCO3－水解：HCO3－＋H2O H2CO3＋OH－，Kh=c(OH－)×c(H2CO3)/c(HCO3－)=c(OH－)×c(H2CO3)/[c(HCO3－)×c(H＋)]=Kw/Ka1=10－14/4.3×10－7=2×10－8，同理NH4＋的水解平衡常數=10－14/1.8×10－5=6×10－10，水解平衡常數越大，說明水解程度越大，因此碳酸氫銨的水溶液顯堿性。