Question

14．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（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
則CO還原Fe₂O₃（s）的熱化學方程式為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該反應的平衡常數表達式為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（物質的量之比為1：3），加入恒容密閉容器中，發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）．

③在兩種不同條件下發生反應，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用硫酸溶液作電解質進行電解，CO₂在電極上可轉化為甲烷，該電極反應的方程式為CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O．
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）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，依據蓋斯定律，①-②×3，計算反應熱；
（2）①平衡常數等于生成物的濃度系數次冪之積除以反應物濃度系數次冪之積；
②根據溫度對平衡移動的影響判斷反應熱的符號；
③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用硫酸溶液作電解質進行電解，CO₂失電子轉化為甲烷；
②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，所以碳酸氫根離子的水解能力強于銨根離子．

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轉化為甲醇的熱化學方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），其平衡常數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：＜；
③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用硫酸溶液作電解質進行電解，CO₂失電子轉化為甲烷，則其電極方程式為：CO₂+8H⁺-8e^-=CH₄+2H₂O，故答案為：CO₂+8H⁺-8e^-=CH₄+2H₂O；
②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，所以碳酸氫根離子的水解能力強于銨根離子，所以 NH₄HCO₃顯堿性，故答案為：堿性．

點評 本題綜合性考查了蓋斯定律的應用、平衡常數的表達式及影響因素的判斷、電極方程式的書寫等，側重于對基礎知識的綜合應用的考查，題目難度中等，側重于考查學生的分析能力和解決問題的能力．