Question

8．研究CO₂的利用對促進(jìn)低碳社會(huì)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．
已知：①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1
則CO還原Fe₂O₃（s）的熱化學(xué)方程式為Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5 kJ•mol^-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)，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＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
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(shí)間變化如圖2所示，曲線Ⅰ、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K_Ⅰ＞K_Ⅱ（填“＞”、“＜”或“=”）．判斷的理由由于溫度高，CH₃OH含量低，說明化學(xué)平衡常數(shù)K_Ⅰ＞K_Ⅱ．
（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(yīng)方程式為2NH₃+CO₂CO（NH₂）₂+H₂O．時(shí)氨碳比=3進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)平衡時(shí)CO₂的轉(zhuǎn)化率為60%，則NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率為40%．
②將足量CO₂通入飽和氨水中可得氮肥NH₄HCO₃，已知常溫下一水合氨K_b=1.8×10^-5，碳酸一級(jí)電離常數(shù)K_b=4.3×10^-7，則NH₄HCO₃溶液呈堿性（填“酸性”、“中性”、“堿性”）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，①-②×3可得：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）；
（2）①化學(xué)平衡常數(shù)是可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)各種生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)冪指數(shù)的乘積與各種反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)冪指數(shù)的乘積的比；
②由甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）與反應(yīng)溫度T的關(guān)系圖示可知：當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，升高溫度，甲醇的體積分?jǐn)?shù)減小，說明升高溫度，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)；
③曲線Ⅱ比I先達(dá)到平衡，說明曲線Ⅱ的反應(yīng)速率快，平衡時(shí)曲線Ⅱ甲醇的物質(zhì)的量較小，說明平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，由于正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，不能是增大壓強(qiáng)，說明溫度曲線Ⅱ＞I，由于溫度高，CH₃OH含量低，說明化學(xué)平衡常數(shù)減�。�
（3）①由CO₂和NH₃在一定條件下合成尿素[CO（NH₂）₂]，根據(jù)質(zhì)量守恒定律書寫方程式；
假設(shè)n（CO₂）=1 mol，則n（NH₃）=3mol．由于達(dá)平衡時(shí)CO₂的轉(zhuǎn)化率為60%，所以反應(yīng)消耗的n（CO₂）=0.6 mol，根據(jù)方程式可知反應(yīng)的NH₃的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算氨氣的轉(zhuǎn)化率；
②根據(jù)電離常數(shù)可知HCO₃^-水解強(qiáng)于NH₄⁺水解，故顯弱堿性．

解答 解：（1）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
根據(jù)蓋斯定律，①-②×3可得：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5 kJ•mol^-1，
故答案為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5 kJ•mol^-1；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式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由甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）與反應(yīng)溫度T的關(guān)系圖示可知：當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，升高溫度，甲醇的體積分?jǐn)?shù)減小，說明升高溫度，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，逆反應(yīng)方向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以△H＜0，
故答案為：＜；
③曲線Ⅱ比I先達(dá)到平衡，說明曲線Ⅱ的反應(yīng)速率快，平衡時(shí)曲線Ⅱ甲醇的物質(zhì)的量較小，說明平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，由于正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，不能是增大壓強(qiáng)，說明溫度曲線Ⅱ＞I，由于溫度高，CH₃OH含量低，說明化學(xué)平衡常數(shù)K_Ⅰ＞K_Ⅱ，
故答案為：＞；由于溫度高，CH₃OH含量低，說明化學(xué)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(yīng)方程式為：2NH₃+CO₂CO（NH₂）₂+H₂O，
假設(shè)n（CO₂）=1 mol，則n（NH₃）=3mol，由于達(dá)平衡時(shí)CO₂的轉(zhuǎn)化率為60%，所以反應(yīng)消耗的n（CO₂）=0.6 mol，根據(jù)方程式可知反應(yīng)的NH₃的物質(zhì)的量n（NH₃）=1.2 mol，所以氨氣的轉(zhuǎn)化率為（1.2 mol÷3mol）×100%=40%，
故答案為：2NH₃+CO₂CO（NH₂）₂+H₂O；40%；
②一水合氨的電離常數(shù)大于HCO₃^-的電離常數(shù)，可知HCO₃^-水解程度強(qiáng)于NH₄⁺水解程度，故NH₄HCO₃溶液呈弱堿性，故答案為：堿性．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡有關(guān)計(jì)算及影響因素、熱化學(xué)方程式書寫、電離平衡常數(shù)等，是對學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．