Question

（14分）研究CO₂的利用對促進低碳社會的構建具有重要意義。
（1）將CO₂與焦炭作用生成CO，CO可用于煉鐵等。
已知：①Fe₂O₃(s) + 3C(石墨) =" 2Fe(s)" + 3CO(g) △H ₁ = +489．0 kJ·mol^－1
        ②C(石墨) +CO₂(g) = 2CO(g)  △H ₂ = +172．5 kJ·mol^－1
則CO還原Fe₂O₃(s)的熱化學方程式為                                 。
（2）二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向，將CO₂轉化為甲醇的熱化學方程式為：
CO₂(g) +3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g) △H
①該反應的平衡常數(shù)表達式為K=                                      。
②取一定體積CO₂和H₂的混合氣體（物質(zhì)的量之比為1∶3），加入恒容密閉容器中，發(fā)生上述反應反應過程中測得甲醇的體積分數(shù)φ(CH₃OH)與反應溫度T的關系如圖1所示，則該反應的ΔH                       0 （填“>”、“<”或“＝”）。

③在兩種不同條件下發(fā)生反應，測得CH₃OH的物質(zhì)的量隨時間變化如圖2所示，曲線I、Ⅱ?qū)�應的平衡常�?shù)大小關系為K_Ⅰ     K_Ⅱ(填“>”、“<”或“＝”)。
（3）以CO₂為原料還可以合成多種物質(zhì)。
①工業(yè)上尿素[CO(NH₂)₂]由CO₂和NH₃在一定條件下合成，其反應方程式為       。
當氨碳比＝3，達平衡時CO₂的轉化率為60%，則NH₃的平衡轉化率為：         。
②用硫酸溶液作電解質(zhì)進行電解，CO₂在電極上可轉化為甲烷，該電極反應的方程式為            。

Answer 1

（1）Fe₂O₃(s)+3CO(g) = 2Fe(s)+3CO₂(g) △H = —28．5 kJ·mol^－1
（2）①     ；②＜ ； ③>
（3）（2）2NH₃+CO₂CO(NH₂)₂+H₂O    40 %      ②CO₂+8e^—+8H⁺=CH₄+2H₂O

解析試題分析：(1) ①－②×3，整理可得Fe₂O₃(s)+3CO(g) = 2Fe(s)+3CO₂(g) △H = —28．5 kJ/mol。（2）①化學平衡常數(shù)是可逆反應達到平衡狀態(tài)時各種生成物濃度的冪指數(shù)的乘積與各種反應物濃度的冪指數(shù)的乘積的比。對該反應來說，K=。②由甲醇的體積分數(shù)φ(CH₃OH)與反應溫度T的關系圖示可知：當反應達到平衡后，升高溫度，甲醇的體積分數(shù)減小，說明升高溫度，化學平衡逆向移動。根據(jù)偏高移動原理：升高溫度夢幻西游平衡向吸熱反應方向移動。逆反應方向為吸熱反應，所以正反應為放熱反應。所以ΔH<0。 ③曲線Ⅱ比I先達到平衡。說明溫度溫度曲線Ⅱ>I。由于溫度高，CH₃OH含量低，說明化學平衡常數(shù)K_Ⅰ>K_Ⅱ。（3）①根據(jù)質(zhì)量守恒定律，由CO₂和NH₃在一定條件下合成尿素[CO(NH₂)₂]的反應方程式為2NH₃+CO₂CO(NH₂)₂+H₂O。＝3，假設n(CO₂)=amol,則n(NH₃)=3amol。由于達平衡時CO₂的轉化率為60%，所以反應消耗的n(CO₂)=0．6amol．，根據(jù)方程式中二者的物質(zhì)的量的關系可知反應的NH₃的物質(zhì)的量n(NH₃)=1．2amol．所以氨氣的轉化率為(1．2amol．÷3amol)×100%=40%．②用硫酸溶液作電解質(zhì)進行電解，CO₂在電極上可轉化為甲烷，則根據(jù)題意可得：該電極反應的方程式為CO₂+8e^—+8H⁺=CH₄+2H₂O。
考點：考查熱化學方程式的書寫、化學平衡常數(shù)的表達式、溫度對化學平衡常數(shù)的影響、物質(zhì)轉化率、電化學電極式的書寫的知識。