Question

【題目】資源化利用二氧化碳不僅可減少溫室氣體的排放，還可重新獲得燃料或重要工業(yè)產(chǎn)品。

(1)以CO2與NH3為原料可合成化肥尿素[CO(NH2)2]。

已知：①2NH3(g)＋CO2(g)＝NH2CO2NH4(s)△H ＝－159.47 kJ·mol-1

②NH2CO2NH4(s)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(g)△H ＝+116.49 kJ·mol-1

③H2O(l)＝H2O(g)△H ＝+88.0 kJ·mol-1

試寫出NH3和CO2合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式______________。

(2)在一定條件下，二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的反應(yīng)如下：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH＜0

①向一容積為2L的恒容密閉容器中充入一定量的CO2和H2，在300℃時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為CO2：0.2mol·L-1，H2：0.8mol·L-1，CH4：0.8mol·L-1，H2O：1.6mol·L-1，起始充入CO2和H2的物質(zhì)的量分別為_____、_____，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為______。

②現(xiàn)有兩個(gè)相同的恒容絕熱(與外界沒有熱量交換)密閉容器I、II，在I中充入1 molCO2,和4 molH2，在II中充入1 mol CH4和2 mol H2 O(g)，300℃下開始反應(yīng)。達(dá)到平衡時(shí)，下列說法正確的是_________(填字母)。

A．容器I、II中正反應(yīng)速率相同 B．容器I、II中CH4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相同 C．容器I中CO2的物質(zhì)的量比容器II中的多 D．容器I中CO2的轉(zhuǎn)化率與容器II中CH4的轉(zhuǎn)化率之和小于1

(3)華盛頓大學(xué)的研究人員研究出一種方法，可實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)時(shí)CO2零排放，其基本原理如圖所示：

①上述生產(chǎn)過程的能量轉(zhuǎn)化方式是_____。

②上述電解反應(yīng)在溫度小于900℃時(shí)進(jìn)行碳酸鈣先分解為CaO和CO2，電解質(zhì)為熔融碳酸鈉，則陽極的電極反應(yīng)式為___，陰極的電極反應(yīng)式為______。

Answer 1

【答案】2NH3(g) ＋ CO2(g)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(l) △H ＝－130.98 kJ·mol1 2mol 8mol 80% CD 太陽能和電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 2CO32－－4e－=2CO2↑+O2↑ 3CO2+4e－=C+2CO32－

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算。

(2)①求出改變量，再求起始時(shí)濃度，再求起始的物質(zhì)的量，再計(jì)算CO2的平衡轉(zhuǎn)化率；②A．由于反應(yīng)正向是放熱反應(yīng)，逆向吸熱反應(yīng)，容器I溫度高于容器II中溫度，因此正反應(yīng)速率不相同；

B．兩個(gè)容器是恒溫恒容則兩容器中CH4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相同，但容器I溫度比容器II中溫度高，容器I相對(duì)恒溫恒容容器，平衡逆向移動(dòng)，容器II相對(duì)恒溫恒容容器，平衡正向移動(dòng)，因此容器I中CH4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)大；

C．根據(jù)B選項(xiàng)類似分析得出容器I中CO2的物質(zhì)的量比容器II中的多；

D．若是恒溫恒容，兩個(gè)容器的中是等效平衡，轉(zhuǎn)化率相加等于1，但對(duì)容器I中CO2的轉(zhuǎn)化率比恒溫時(shí)減小，對(duì)容器II中CH4的轉(zhuǎn)化率比恒溫時(shí)減小，因此兩者轉(zhuǎn)化率之和小于1。

(3)①根據(jù)圖中信息，石灰石高溫電解是吸熱反應(yīng)；②根據(jù)圖中信息陽極是熔融鹽中的碳酸根離子得到電子生成氧氣和二氧化碳，陰極是二氧化碳得到電子變?yōu)樘己吞妓岣��?/span>

(1)根據(jù)蓋斯定律①＋②－③得到NH3和CO2合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式2NH3(g) ＋ CO2(g)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(l) △H ＝－130.98 kJ·mol1；故答案為：2NH3(g) ＋ CO2(g)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(l) △H ＝－130.98 kJ·mol1。

(2)①達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為CO2：0.2mol·L1，H2：0.8mol·L1，CH4：0.8mol·L1，H2O：1.6mol·L1，則CO2改變量為0.8mol·L1，H2改變量為3.2 mol·L1，因此起始時(shí)CO2和H2的物質(zhì)的量濃度分別為1mol·L1，4 mol·L1，容器體積為2L，因此充入CO2和H2的物質(zhì)的量分別為2mol、8mol，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為；故答案為：2mol；8mol；80%。

②A．由于反應(yīng)正向是放熱反應(yīng)，逆向吸熱反應(yīng)，容器I溫度高于容器II中溫度，因此正反應(yīng)速率不相同，故A錯(cuò)誤；

B．兩個(gè)容器是恒溫恒容則兩容器中CH4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相同，但容器I溫度比容器II中溫度高，容器I相對(duì)恒溫恒容容器，平衡逆向移動(dòng)，容器II相對(duì)恒溫恒容容器，平衡正向移動(dòng)，因此容器I中CH4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)大，故B錯(cuò)誤；

C．根據(jù)B選項(xiàng)類似分析得出容器I中CO2的物質(zhì)的量比容器II中的多，故C正確；

D．若是恒溫恒容，兩個(gè)容器的中是等效平衡，轉(zhuǎn)化率相加等于1，但對(duì)容器I中CO2的轉(zhuǎn)化率比恒溫時(shí)減小，對(duì)容器II中CH4的轉(zhuǎn)化率比恒溫時(shí)減小，因此兩者轉(zhuǎn)化率之和小于1，故D錯(cuò)誤；

綜上所述，答案為CD。

(3)①根據(jù)圖中信息，石灰石高溫電解，電能提供能量，太陽能在石墨陰極提供能量，因此上述生產(chǎn)過程的能量轉(zhuǎn)化方式是太陽能和電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；故答案為：太陽能和電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。

②上述電解反應(yīng)在溫度小于900℃時(shí)進(jìn)行碳酸鈣先分解為CaO和CO2，電解質(zhì)為熔融碳酸鈉，根據(jù)圖中信息陽極是熔融鹽中的碳酸根離子得到電子生成氧氣和二氧化碳，因此陽極的電極反應(yīng)式為2CO32－4e－=2CO2↑+O2↑，陰極是二氧化碳得到電子變?yōu)樘己吞妓岣�，其陰極的電極反應(yīng)式為3CO2+4e－=C+2CO32；故答案為：2CO32－4e－=2CO2↑+O2↑；3CO2+4e－=C+2CO32。