Question

【题目】研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义。

（1）将CO2与焦炭作用生成CO，CO可用于炼铁等。

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

则CO还原Fe2O3（s）的热化学方程式为_____。

（2）二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向，将CO2转化为甲醇的热化学方程式为：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H

①取一定体积CO2和H2的混合气体（物质的量之比为1：3），加入恒容密闭容器中，发生上述反应反应过程中测得甲醇的体积分数φ（CH3OH）与反应温度T的关系如图1所示，则该反应的△H____0（填“＞”、“＜”或“=”，下同）。

②在两种不同条件下发生反应，测得CH3OH的物质的量随时间变化如图2所示，曲线I、Ⅱ对应的平衡常数关系为KⅠ_____KⅡ。

（3）以CO2为原料还可以合成多种物质。

①工业上尿素[CO（NH2）2]由CO2和NH3在一定条件下合成．开始以氨碳比=3进行反应，达平衡时CO2的转化率为60%，则NH3的平衡转化率为_____。

②将足量CO2通入饱和氨水中可得氮肥NH4HCO3，已知常温下一水合氨Kb=1.8×10﹣5，碳酸一级电离常数Ka=4.3×10﹣7，则NH4HCO3溶液呈_____（填“酸性”、“中性”或“碱性”）。

Answer 1

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

【解析】（1）本题考查热化学反应方程式计算，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）本题考查勒夏特列原理、化学平衡常数的计算等知识，①考虑影响化学平衡的因素，应先建立一个化学平衡，然后改变某一因素，平衡发生移动，最高点建立化学平衡，最高点以后，随着温度升高，甲醇的体积分数降低，说明平衡向逆反应方向移动，即正反应是放热反应，△H<0；②温度高，化学反应速率快，先达到平衡，根据图像2，II的温度高于I，化学平衡常数只受温度的影响，此反应的正反应是放热反应，因此KI>KII；（3）①反应方程式为CO2＋2NH3=CO(NH2)2＋H2O，设n(NH3)=3mol，则n(CO2)=1mol，CO2的转化率为60%，消耗CO2的物质的量为1×60%mol=0.6mol，消耗NH3的物质的量为2×0.6mol=1.2mol，即NH3的转化率为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＋的水解平衡常数=10－14/1.8×10－5=6×10－10，水解平衡常数越大，说明水解程度越大，因此碳酸氢铵的水溶液显碱性。