Question

9．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：
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
則CO還原Fe₂O₃（s）的熱化學方程式為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轉化為甲醇的熱化學方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H
①取一定體積CO₂和H₂的混合氣體（物質的量之比為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φ（CH₃OH）與反應溫度T的關系如圖1所示，則該反應的△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”，下同）．

②在兩種不同條件下發(fā)生反應，測得CH₃OH的物質的量隨時間變化如圖2所示，曲線I、Ⅱ對應的平衡常數關系為K_Ⅰ＞K_Ⅱ．
（3）以CO₂為原料還可以合成多種物質．
①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進行反應，達平衡時CO₂的轉化率為60%，則NH₃的平衡轉化率為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，碳酸一級電離常數K_a=4.3×10^-7，則NH₄HCO₃溶液呈堿性（填“酸性”、“中性”或“堿性”）．

Answer 1

分析 （1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式，①-②×3得到所需熱化學方程式；
（2）①根據溫度對平衡移動的影響判斷反應熱的符號；
②曲線Ⅱ到達平衡所用時間較短，則該條件下溫度高，升高溫度平衡逆移；
（3）①由CO₂和NH₃在一定條件下合成尿素[CO（NH₂）₂]，根據質量守恒定律書寫方程式，假設n（CO₂）=1 mol，則n（NH₃）=3mol．由于達平衡時CO₂的轉化率為60%，所以反應消耗的n（CO₂）=0.6 mol，根據方程式可知反應的NH₃的物質的量，進而計算氨氣的轉化率；
②根據電離常數可知HCO₃^-水解強于NH₄⁺水解，故顯弱堿性．

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
依據蓋斯定律①-②×3得到熱化學方程式為：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）①根據圖象可知達到平衡后，溫度越高，甲醇的體積分數φ（CH₃OH）越小，說明升高溫度平衡逆移，則正反應方向為放熱反應，則△H＜0，故答案為：＜；
②根據圖象可知曲線Ⅱ到達平衡所用時間較短，則該條件下溫度高，升高溫度平衡逆移，平衡常數減小，則曲線Ⅱ條件下平衡常數較小，即K_Ⅰ＞K_Ⅱ；
故答案為：＞；
（3）①根據質量守恒定律，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+CO₂?CO（NH₂）₂+H₂O，假設n（CO₂）=1 mol，則n（NH₃）=3mol，由于達平衡時CO₂的轉化率為60%，所以反應消耗的n（CO₂）=0.6 mol，根據方程式可知反應的NH₃的物質的量n（NH₃）=1.2 mol，所以氨氣的轉化率為（1.2 mol÷3mol）×100%=40%，
故答案為：40%；
②一水合氨的電離常數大于HCO₃^-的電離常數，可知HCO₃^-水解程度強于NH₄⁺水解程度，故NH₄HCO₃溶液呈弱堿性，
故答案為：堿性．

點評 本題題目難度中等，涉及熱化學方程式書寫、反應熱的判斷、電離平衡常數等知識，是對學生綜合能力的考查，明確化學平衡及其影響為解答關鍵，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查了學生的分析能力及化學計算能力．