Question

5．研究CO₂的利用對促進(jìn)低碳社會的構(gòu)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．
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
則CO還原Fe₂O₃（s）的熱化學(xué)方程式為Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1．
（2）二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向，將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
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(yīng)過程中測得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）與反應(yīng)溫度T的關(guān)系如圖1所示，則該反應(yīng)的△H＜（填“＞”、“＜”或“=”，下同）0．

③在兩種不同條件下發(fā)生反應(yīng)，測得CH₃OH的物質(zhì)的量隨時間變化如圖2所示，曲線I、II對應(yīng)的平衡常數(shù)關(guān)系為KI＞KII．
（3）以CO₂為原料還可以合成多種物質(zhì)．工業(yè)上尿素[CO（NH₂）₂]由CO₂和NH₃在一定條件下合成，開始以氨碳比$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$=3進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率為60%，則NH3的平衡轉(zhuǎn)化率為40%．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式計(jì)算反應(yīng)熱；
（2）①平衡常數(shù)等于生成物的濃度系數(shù)次冪之積除以反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積；
②根據(jù)溫度對平衡移動的影響判斷反應(yīng)熱的符號；
③曲線Ⅱ到達(dá)平衡所用時間較短，則該條件下溫度高，升高溫度平衡逆移；
（3）根據(jù)反應(yīng)物、反應(yīng)條件、生成物寫出化學(xué)反應(yīng)式，然后利用三段式法計(jì)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
依據(jù)蓋斯定律，①-②×3得Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g），故△H=489.0kJmol^-1-3×172.5kJmol^-1=-28.5kJmol^-1，
故答案為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJmol^-1；
（2）①二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向，將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），其平衡常數(shù)為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②根據(jù)圖象可知達(dá)到平衡后，溫度越高，甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）越小，說明升高溫度平衡逆移，則正反應(yīng)方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，則△H＜0，
故答案為：＜；
③根據(jù)圖象可知曲線Ⅱ到達(dá)平衡所用時間較短，則該條件下溫度高，升高溫度平衡逆移，平衡常數(shù)減小，則曲線Ⅱ條件下平衡常數(shù)較小，即K_Ⅰ＞K_Ⅱ；
故答案為：＞；
（3）根據(jù)反應(yīng)物是二氧化碳和氨氣（NH₃），反應(yīng)條件是高溫、高壓，生成物是尿素[CO（NH₂）₂]和水，化學(xué)反應(yīng)式為：2NH₃+CO₂?CO（NH₂）₂+H₂O，
設(shè)CO₂的初始物質(zhì)的量為a，則NH₃的初始物質(zhì)的量為3a，
             2NH₃+CO₂?CO（NH₂）₂+H₂O
起始/mol 3a        a
轉(zhuǎn)化/mol 1.2a  0.6a
平衡/mol 1.8a  0.4a
平衡時NH₃轉(zhuǎn)化率為：$\frac{1.2a}{3a}$×100%=40%，
故答案為：40%．

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)平衡的計(jì)算、蓋斯定律的應(yīng)用等知識，題目難度中等，明確化學(xué)平衡及其影響為解答關(guān)鍵，注意掌握蓋斯定律的內(nèi)容及應(yīng)用方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計(jì)算能力．