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(xiě)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(méi)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(kāi)始反應(yīng)。達(dá)到平衡時(shí)，下列說(shuō)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(guò)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(yáng)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(yáng)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(lèi)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(yáng)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(lèi)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(yáng)能在石墨陰極提供能量，因此上述生產(chǎn)過(guò)程的能量轉(zhuǎn)化方式是太陽(yáng)能和電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；故答案為：太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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。