Question

12．二氧化碳的捕集、利用與封存（CCUS）是我國(guó)能源領(lǐng)域的一個(gè)重要戰(zhàn)略方向．
（1）CO₂經(jīng)催化加氫可合成低碳烯烴：
2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）
在0.1MPa時(shí)，按n（CO₂）：n（H₂）=1：3投料，不同溫度（T）下，平衡時(shí)的四種氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量（n）的關(guān)系如圖1所示．則該反應(yīng)的焓變△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”=；曲線c表示的物質(zhì)為C₂H₄；隨著溫度的升高，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)變化趨勢(shì)是減小（填寫“增大”、“不變”或“減小”）．
（2）在強(qiáng)酸性的電解質(zhì)水溶液中，惰性材料做電極，電解CO₂可得到多種燃料，其原理如圖2所示．則太陽(yáng)能電池的負(fù)極為a（填“a”或“b”）極，電解時(shí)，生成丙烯的電極反應(yīng)式是3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O．
（3）以CO₂為原料制取碳黑（C）的太陽(yáng)能工藝如圖3所示．則過(guò)程2中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為6FeO（S）+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄（S）+C；過(guò)程l中每消耗1mol Fe₃O₄轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol．
（4）一定量CO₂溶于NaOH溶液中恰好得到25mL0.1000mol/LNa₂CO₃溶液，在常溫下用0.1000mol/L的鹽酸對(duì)其進(jìn)行滴定，所得滴定曲線如圖4所示．C點(diǎn)所得溶液中各種離子的物質(zhì)的量濃度由大到小的排列順序是c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
（5）以NH₃與CO₂為原料合成尿素[化學(xué)式為CO（NH₂）₂]的主要反應(yīng)如下：
①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.5kJ/mol
②NH₂CO₂NH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ/mol
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol
則CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；

Answer 1

分析 （1）由曲線變化可知隨著溫度升高，氫氣的物質(zhì)的量逐漸增多，說(shuō)明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)放熱；根據(jù)反應(yīng)物和生成物的物質(zhì)的量變化及反應(yīng)中計(jì)量數(shù)的關(guān)系可知，a為CO₂的變化曲線，水的計(jì)量數(shù)是乙烯的計(jì)量數(shù)的4倍，據(jù)此判斷c曲線，溫度升高，吸熱方向的平衡常數(shù)增大，據(jù)此判斷；
（2）太陽(yáng)能電池中光能轉(zhuǎn)化為電能，電解強(qiáng)酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；二氧化碳在連接電源a極的電極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成乙烯，a為電源負(fù)極，b為電源的正極；正極的電極反應(yīng)式為：3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O；
（3）根據(jù)圖知，發(fā)生反應(yīng)：過(guò)程2中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為6FeO（S）+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄（S）+C；過(guò)程1中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Fe₃O₄ $\frac{\underline{\;＞2300\;}}{\;}$6FeO+O₂↑，每消耗2molFe₃O₄轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為4mol，所以每消耗1molFe₃O₄轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol；
（4）一定量CO₂溶于NaOH溶于中恰好得到25mL0.1000mol/LNa₂CO₃溶液，在常溫下用0.1000mol/L的鹽酸對(duì)其進(jìn)行滴定，c點(diǎn)時(shí)n（HCl）=0.1mol/L×0.025L=0.0025mol，恰好完全反應(yīng)生成等物質(zhì)的量的NaHCO₃和NaCl，所以離子濃度大小為：c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（5）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算①+②-③得到CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式．

解答 解：（1）由曲線變化可知隨著溫度升高，氫氣的物質(zhì)的量逐漸增多，說(shuō)明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)放熱，△H＜0，隨著溫度升高，氫氣的物質(zhì)的量逐漸增多，因氫氣為反應(yīng)物，則另一條逐漸增多的曲線為CO₂，由計(jì)量數(shù)關(guān)系可知b為水，c為C₂H₄的變化曲線，隨著溫度的升高，該反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)減小，
故答案為：＜；C₂H₄；減�。�
（2）太陽(yáng)能電池中光能轉(zhuǎn)化為電能，電解強(qiáng)酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；二氧化碳在連接電源a極的電極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成乙烯，a為電源負(fù)極，b為電源的正極；正極的電極反應(yīng)式為：3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O，
故答案為：a；3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O；
（3）根據(jù)圖知，發(fā)生反應(yīng)：過(guò)程2中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為6FeO（S）+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄（S）+C；過(guò)程1中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Fe₃O₄ $\frac{\underline{\;＞2300\;}}{\;}$6FeO+O₂↑，每消耗2molFe₃O₄轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為4mol，所以每消耗1molFe₃O₄轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol，
故答案為：6FeO（S）+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄（S）+C；2mol；
（4）一定量CO₂溶于NaOH溶于中恰好得到25mL0.1000mol/LNa₂CO₃溶液，在常溫下用0.1000mol/L的鹽酸對(duì)其進(jìn)行滴定，c點(diǎn)時(shí)n（HCl）=0.1mol/L×0.025L=0.0025mol，恰好完全反應(yīng)生成等物質(zhì)的量的NaHCO₃和NaCl，所以離子濃度大小為：c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（5）①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂ NH₄（s）△H=+l59.5kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=-116.5kJ•mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-1
由熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算①+②-③得到CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol，
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡圖象、原電池和電解池原理、氧化還原反應(yīng)有關(guān)計(jì)算、離子濃度大小比較和蓋斯定律的應(yīng)用等，（4）中關(guān)鍵是判斷各點(diǎn)溶液中溶質(zhì)，難度較大．