Question

9．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=+489.0kJ•mol^-1
C（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=-28.5 kJ•mol^-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K_Ⅰ＞K_Ⅱ．
（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$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$=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%．
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）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式，①-②×3得到所需热化学方程式；
（2）①根据温度对平衡移动的影响判断反应热的符号；
②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由CO₂和NH₃在一定条件下合成尿素[CO（NH₂）₂]，根据质量守恒定律书写方程式，假设n（CO₂）=1 mol，则n（NH₃）=3mol．由于达平衡时CO₂的转化率为60%，所以反应消耗的n（CO₂）=0.6 mol，根据方程式可知反应的NH₃的物质的量，进而计算氨气的转化率；
②根据电离常数可知HCO₃^-水解强于NH₄⁺水解，故显弱碱性．

解答 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3CO（s，石墨）═2Fe（s）+3CO₂（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1
依据盖斯定律①-②×3得到热化学方程式为：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5 kJ•mol^-1；
故答案为：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5 kJ•mol^-1；
（2）①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：＜；
②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根据质量守恒定律，由CO₂和NH₃在一定条件下合成尿素[CO（NH₂）₂]的反应方程式为：2NH₃+CO₂?CO（NH₂）₂+H₂O，假设n（CO₂）=1 mol，则n（NH₃）=3mol，由于达平衡时CO₂的转化率为60%，所以反应消耗的n（CO₂）=0.6 mol，根据方程式可知反应的NH₃的物质的量n（NH₃）=1.2 mol，所以氨气的转化率为（1.2 mol÷3mol）×100%=40%，
故答案为：40%；
②一水合氨的电离常数大于HCO₃^-的电离常数，可知HCO₃^-水解程度强于NH₄⁺水解程度，故NH₄HCO₃溶液呈弱碱性，
故答案为：碱性．

点评 本题题目难度中等，涉及热化学方程式书写、反应热的判断、电离平衡常数等知识，是对学生综合能力的考查，明确化学平衡及其影响为解答关键，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析能力及化学计算能力．