Question

5．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．
己知：①Fe₂O₃（s）+3C（s，石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ/mol
②C（s，石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol
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＜（填“＞”、“＜”或“=”，下同）0．

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KI＞KII．
（3）以CO₂为原料还可以合成多种物质．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$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$=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40%．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律构造目标热化学方程式计算反应热；
（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）根据反应物、反应条件、生成物写出化学反应式，然后利用三段式法计算．

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），其平衡常数为：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）根据反应物是二氧化碳和氨气（NH₃），反应条件是高温、高压，生成物是尿素[CO（NH₂）₂]和水，化学反应式为：2NH₃+CO₂?CO（NH₂）₂+H₂O，
设CO₂的初始物质的量为a，则NH₃的初始物质的量为3a，
             2NH₃+CO₂?CO（NH₂）₂+H₂O
起始/mol 3a        a
转化/mol 1.2a  0.6a
平衡/mol 1.8a  0.4a
平衡时NH₃转化率为：$\frac{1.2a}{3a}$×100%=40%，
故答案为：40%．

点评 本题考查了化学平衡的计算、盖斯定律的应用等知识，题目难度中等，明确化学平衡及其影响为解答关键，注意掌握盖斯定律的内容及应用方法，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．