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。

⑴ 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) ΔH 1 = +489.0 kJ·mol－1

C(石墨) + CO2(g) =2CO(g) ΔH 2 = +172.5 kJ·mol－1

則CO還原Fe2O3(s)的熱化學方程式為___________________________________________。

⑵ 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) ΔH

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的關系如圖所示，則該反應ΔH_______0(填“>”、“<”或“＝”)。

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所示，曲線I、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為：KⅠ______KⅡ(填“>” 或“<”)。

⑶ 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n(NH3 )/n(CO2 )＝3，達平衡時CO2的轉化率為60%，則NH3的平衡轉化率為______。

Answer 1

【答案】Fe2O3(s)+3CO(g) = 2Fe(s)+3CO2(g) △H = —28.5 kJ·mol－1 ＜ > 2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O 40%或0.4

【解析】

(1)①Fe2O3（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H1=+489.0kJmol-1
②C（石墨）+CO2（g）=2CO（g）△H2=+172.5kJmol-1
根據蓋斯定律①-②×3得到Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=-28.5 kJmol-1；因此，本題正確答案是：Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=-28.5 kJmol-1；
（2）①由圖可以知道最高點反應到達平衡，達平衡后，溫度越高，φ（CH3OH）越小，平衡向逆反應進行，升高溫度平衡吸熱方向進行，逆反應為吸熱反應，則正反應為放熱反應，即△H＜0，因此，本題正確答案是：＜；

②由圖判斷曲線Ⅱ對應的反應反應速率快，溫度高，甲醇物質的量小，K值小；所以曲線I、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為：KⅠ>KⅡ;答案：>。
（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2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O。

當氨碳比n(NH3 )/n(CO2 )＝3，達平衡時CO2的轉化率為60%，由反應為2NH 3+CO 2CO(NH 2) 2+H 2O，設氨氣的物質的量為3mol，則二氧化碳的量為1mol，有
2NH 3+ CO 2CO(NH 2) 2+H 2O
始量（mol） 3 1 0 0
轉化量 （mol） 1.2 0.6 0.6 0.6
平衡量 （mol） 1.8 0.4 0.6 0.6
則NH 3的平衡轉化率為1.2÷3=40 ，答案：2NH 3+CO 2CO(NH 2) 2+H 2O ；40。