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)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g) △H1=+489.0 kJ·mol－1 C(石墨)+CO2(g)=2CO(g) △H2=+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所示，曲線I、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為KⅠ_____KⅡ(填“>”、“<”或“＝”)。

（3）以CO2為原料還可以合成多種物質，用硫酸溶液作電解質進行電解，CO2在電極上可轉化為CH4，該電極應與電源 ___________（填“正極”、“負極”）相連，其電極反應的方程式為______________________。

Answer 1

【答案】 Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g) △H=-28.5 kJ·mol－1 c(H2O) ·c(CH3OH)/ c(CO2) · c(H2)3 < > 負極 CO2-8e-+8H+= CH4+2H2O

【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；依據蓋斯定律①-②×3得到Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5 kJmol-1；
(2)①平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，所以K=；
②由圖可知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；
③由圖2可知，溫度TⅠ＜TⅡ，平衡時，溫度越高CO的轉化率越小，說明升高溫度，平衡向逆反應移動，升高溫度平衡向吸熱反應移動，故該反應正反應為放熱反應，則△H＜0，升高溫度，平衡向逆反應移動，所以KⅠ＞KⅡ；

(3)CO2在電極上可轉化為CH4，發生還原反應，電解池的陰極發生還原反應，則該電極應與電源負極相連，其電極反應的方程式為CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O。