Question

【題目】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可用子煉鐵等。

①已知：Fe2O3(s)＋3C(石墨)=2Fe(s)＋3CO(g)　ΔH1＝akJ·mol－1

C(石墨)＋CO2(g)=2CO(g)　ΔH2＝bkJ·mol－1

則CO還原Fe2O3(s)的熱化學方程式為______________。

（2）將CO2轉化為甲醇的熱化學方程式為： CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H

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。

①下列情況能說明反應已達平衡狀態(tài)的是________（填字母）。

A.容器內氣體密度不變 B.容器內氣體總壓強保持不變

C.絕熱恒容時，平衡常數(shù)不變 D.v正(CH3OH)=3v逆(H2)

②反應過程中測得甲醇的體積分數(shù)α(CH3OH)與反應溫度T的關系如圖所示，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的物質的量隨時間變化如圖所示，曲線I、Ⅱ對應的平衡常數(shù)大小關系為KⅠ_____KⅡ(填“>”、“<”或“＝”)。

（3）以CO2為原料還可以合成多種物質。

①如圖是模擬“侯氏制堿法”制取NaHCO3的部分裝置。操作中先在_____處通入NH3氣體，然后再在_______處通入CO2氣體。

②人工光合作用能夠借助太陽能用CO2和水制備化學原料，右圖是通過人工光合作用制備HCOOH的原理示意圖，請寫出催化劑b處的電極反應式：________________。

Answer 1

【答案】 Fe2O3(s)+3CO( g)=2Fe(s) +3CO2(g) △H=(a-3b)kJ/mol BC < > a b CO2+2e-+2H+=HCOOH

【解析】（1）①Fe2O3（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H1=akJmol-1，②C（石墨）+CO2（g）=2CO（g）△H2=bkJmol-1，依據(jù)蓋斯定律①-②×3得到Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=(a-3b)kJmol-1；

（2）①A.體積和質量始終不變，則密度始終不變，無法判斷是平衡狀態(tài)，故A錯誤；B.反應前后氣體的物質的量不等，容器內氣體總壓強保持不變，說明氣體總的物質的量一定，可判斷是平衡狀態(tài)，故B正確；C.平衡常數(shù)不變，說明溫度不變，在絕熱恒容時溫度不變，是平衡狀態(tài)，故C正確；D.當v正(CH3OH)=v逆(H2)時表明平衡狀態(tài)，故D錯誤；答案為BC；②由圖可知最高點反應到達平衡，達平衡后，溫度越高，α（CH3OH）越小，平衡向逆反應進行，升高溫度平衡吸熱方向進行，逆反應為吸熱反應，則正反應為放熱反應，即△H＜0；
③由圖2可知，溫度TⅠ＜TⅡ，平衡時，溫度越高CO的轉化率越小，說明升高溫度，平衡向逆反應移動，升高溫度平衡向吸熱反應移動，故該反應正反應為放熱反應，則△H＜0，升高溫度，平衡向逆反應移動，所以KⅠ＞KⅡ；

（3）①“侯氏制堿法”制取NaHCO3的原理是在飽和食鹽水中通入氨氣和二氧化碳，而得到NaHCO3的，在這一實驗過程中，由于C02在水中的溶解度較小，而NH3的溶解度較大，為防止倒吸，b管通C02，a管通NH3，所以要在食鹽水先a管通NH3然后再b管通C02；

②由圖可知，左室投入是水，生成氧氣與氫離子，催化劑a表面發(fā)生氧化反應，為負極，右室催化劑b表面通入二氧化碳，酸性條件下生成HCOOH，電極反應式為CO2+2H++2e-=HCOOH。