Question

14．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：
①Fe₂O₃（s）+3C（s，石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1
②C（s，石墨）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1
则CO还原Fe₂O₃（s）的热化学方程式为Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1．
（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该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{{c（C{H_3}OH）•c（{H_2}O）}}{{c（C{O_2}）•{c^3}（{H_2}）}}$．
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1所示，则该反应的△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”，下同）．

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2所示，曲线I、Ⅱ对应的平衡常数关系为K_Ⅰ＞K_Ⅱ．
（3）以CO₂为原料还可以合成多种物质．
①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CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O．
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K_b=1.8×10^-5，碳酸一级电离常数K_a=4.3×10^-7，则NH₄HCO₃溶液呈碱性（填“酸性”、“中性”或“碱性”）．

Answer 1

分析 （1）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1；②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1，依据盖斯定律，①-②×3，计算反应热；
（2）①平衡常数等于生成物的浓度系数次幂之积除以反应物浓度系数次幂之积；
②根据温度对平衡移动的影响判断反应热的符号；
③曲线Ⅱ到达平衡所用时间较短，则该条件下温度高，升高温度平衡逆移；
（3）①用硫酸溶液作电解质进行电解，CO₂失电子转化为甲烷；
②已知常温下一水合氨K_b=1.8×10^-5，碳酸一级电离常数K_a=4.3×10^-7，所以碳酸氢根离子的水解能力强于铵根离子．

解答 解：（1）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJmol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJmol^-1
依据盖斯定律，①-②×3得Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g），故△H=489.0kJmol^-1-3×172.5kJmol^-1=-28.5kJmol^-1，
故答案为：Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1；
（2）①二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），其平衡常数K=$\frac{{c（C{H_3}OH）•c（{H_2}O）}}{{c（C{O_2}）•{c^3}（{H_2}）}}$，故答案为：$\frac{{c（C{H_3}OH）•c（{H_2}O）}}{{c（C{O_2}）•{c^3}（{H_2}）}}$；
②根据图象可知达到平衡后，温度越高，甲醇的体积分数φ（CH₃OH）越小，说明升高温度平衡逆移，则正反应方向为放热反应，则△H＜0，故答案为：＜；
③根据图象可知曲线Ⅱ到达平衡所用时间较短，则该条件下温度高，升高温度平衡逆移，平衡常数减小，则曲线Ⅱ条件下平衡常数较小，即K_Ⅰ＞K_Ⅱ；
故答案为：＞；
（3）①用硫酸溶液作电解质进行电解，CO₂失电子转化为甲烷，则其电极方程式为：CO₂+8H⁺-8e^-=CH₄+2H₂O，故答案为：CO₂+8H⁺-8e^-=CH₄+2H₂O；
②已知常温下一水合氨K_b=1.8×10^-5，碳酸一级电离常数K_a=4.3×10^-7，所以碳酸氢根离子的水解能力强于铵根离子，所以 NH₄HCO₃显碱性，故答案为：碱性．

点评 本题综合性考查了盖斯定律的应用、平衡常数的表达式及影响因素的判断、电极方程式的书写等，侧重于对基础知识的综合应用的考查，题目难度中等，侧重于考查学生的分析能力和解决问题的能力．