Question

（14分）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：①Fe₂O₃(s) + 3C(石墨) =" 2Fe(s)" + 3CO(g) △H ₁ = +489．0 kJ·mol^－1
        ②C(石墨) +CO₂(g) = 2CO(g)  △H ₂ = +172．5 kJ·mol^－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該反應的平衡常數表達式為K=                                      。
②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ΔH                       0 （填“>”、“<”或“＝”）。

③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對應的平衡常數大小關系為K_Ⅰ     K_Ⅱ(填“>”、“<”或“＝”)。
（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       。
當氨碳比＝3，達平衡時CO₂的轉化率為60%，則NH₃的平衡轉化率為：         。
②用硫酸溶液作電解質進行電解，CO₂在電極上可轉化為甲烷，該電極反應的方程式為            。

Answer 1

（1）Fe₂O₃(s)+3CO(g) = 2Fe(s)+3CO₂(g) △H = —28．5 kJ·mol^－1
（2）①     ；②＜ ； ③>
（3）（2）2NH₃+CO₂CO(NH₂)₂+H₂O    40 %      ②CO₂+8e^—+8H⁺=CH₄+2H₂O

試題分析：(1) ①－②×3，整理可得Fe₂O₃(s)+3CO(g) = 2Fe(s)+3CO₂(g) △H = —28．5 kJ/mol。（2）①化學平衡常數是可逆反應達到平衡狀態時各種生成物濃度的冪指數的乘積與各種反應物濃度的冪指數的乘積的比。對該反應來說，K=。②由甲醇的體積分數φ(CH₃OH)與反應溫度T的關系圖示可知：當反應達到平衡后，升高溫度，甲醇的體積分數減小，說明升高溫度，化學平衡逆向移動。根據偏高移動原理：升高溫度夢幻西游平衡向吸熱反應方向移動。逆反應方向為吸熱反應，所以正反應為放熱反應。所以ΔH<0。 ③曲線Ⅱ比I先達到平衡。說明溫度溫度曲線Ⅱ>I。由于溫度高，CH₃OH含量低，說明化學平衡常數K_Ⅰ>K_Ⅱ。（3）①根據質量守恒定律，由CO₂和NH₃在一定條件下合成尿素[CO(NH₂)₂]的反應方程式為2NH₃+CO₂CO(NH₂)₂+H₂O。＝3，假設n(CO₂)=amol,則n(NH₃)=3amol。由于達平衡時CO₂的轉化率為60%，所以反應消耗的n(CO₂)=0．6amol．，根據方程式中二者的物質的量的關系可知反應的NH₃的物質的量n(NH₃)=1．2amol．所以氨氣的轉化率為(1．2amol．÷3amol)×100%=40%．②用硫酸溶液作電解質進行電解，CO₂在電極上可轉化為甲烷，則根據題意可得：該電極反應的方程式為CO₂+8e^—+8H⁺=CH₄+2H₂O。