Question

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) + 3C(石墨) =" 2Fe(s)" + 3CO(g) △H ₁ =" +489.0" kJ·mol^－1
C(石墨) +CO₂(g) = 2CO(g)           △H ₂ =" +172.5" kJ·mol^－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
CO₂(g) +3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g) △H
①该反应的平衡常数表达式为K=                    。
②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A所示，则该反应的ΔH      0（填“>”、“<”或“＝”）。

③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B所示，曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ     K_Ⅱ（填“>” 或“<”）。
（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，其反应方程式为                                    。当氨碳比＝3，达平衡时CO₂的转化率为60%，则NH₃的平衡转化率为                  。
②用硫酸溶液作电解质进行电解，CO₂在电极上可转化为甲烷，该电极反应的方程式为                。

Answer 1

（1）Fe₂O₃(s)+3CO(g) = 2Fe(s)+3CO₂(g) △H = —28.5 kJ·mol^－1（3分）（方程式、状态正确给1分，△H符号、数据、单位正确给2分）
（2）① （2分）   ②＜（2分） ③>（2分）
（3）①2NH₃+CO₂CO(NH₂)₂+H₂O（2分）（配平错扣1分）  
40%或0.4（2分）
②CO₂+8e^—+8H⁺=CH₄+2H₂O（3分）（配平错扣2分）

试题分析：（1）根据已知方程式和盖斯定律，所求方程式可由①－②×3得，△H = △H ₁－3△H ₂ =" +489.0" kJ·mol^－1－3×172.5 kJ·mol^－1 =—28.5 kJ·mol^－1 ，所以CO还原氧化铁的热化学方程式为：Fe₂O₃(s)+3CO(g) = 2Fe(s)+3CO₂(g) △H = —28.5 kJ·mol^－1 。
（2）①根据给出的热化学方程式可得出该反应的平衡常数表达式为：K=   ，
②图A中生成物甲醇的体积分数随着温度升高呈现出先增大后减小的变化，可以分析为达到最高点之前反应并未达到平衡，随温度升高反应速率加快，甲醇含量不断增大；当达到一定值时，反应达到平衡，此时再升高温度平衡发生移动，甲醇含量下降可以看出平衡逆向移动，所以该反应正反应为放热反应，ΔH<0。
③图B中不同条件下反应达到平衡时得到的甲醇的物质的量I>Ⅱ，所以I条件下的反应进行程度更大，所以K_Ⅰ>K_Ⅱ 。
（3）①工业用CO₂和NH₃在一定条件下合成尿素，该反应方程式可以由C:N比进行配平，所以方程式为： 2NH₃+CO₂CO(NH₂)₂+H₂O；根据方程式中的系数可知，反应的n(NH3)=2n(CO2)，而总的n(NH3)=3n(CO2)，所以假设的CO2有1mol，则有n(NH3)=3n(CO2)=3mol，反应的n(NH3)=2×1×0.6 =1.2mol所以氨气的平衡转化率为40%。
②在酸性电介质中发生电解反应，考虑氢离子参加反应，CO₂在电极上得电子被还原为甲烷，有水生成，所以电极反应式为：CO₂+8e^—+8H⁺=CH₄+2H₂O。