Question

【題目】近年來由于溫室效應和資源短缺等問題，關于CO2和碳酸鹽應用的研究受到人們的重視。

（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)水的熱化學方程式____________________________。

（2）已知：CO(g) + H2O(g) H2(g) + CO2(g) △H = －41.2kJ/mol，850℃時在一體積為10 L的恒容密閉容器中，通入一定量的CO和H2O，CO和H2O濃度變化如圖所示：

下列說法正確的是______________________（填序號）

A．達到平衡時，氫氣的物質(zhì)的量是0.12mol

B．達到平衡時，反應體系最終會放出49.44kJ熱量

C．4min內(nèi)CO2的反應速率為0.003 mol/(L·min)

D．第8min時，若充入氦氣，不會導致v正(CO) < v逆(H2O)

（3）850 ℃時，若在容積為2 L的密閉容器中同時充入1.0 mol CO，3.0 mol H2O，amol CO2和bmol H2。若達平衡時各組分體積分數(shù)都與（2）中平衡時相同，則a=____________mol，b=________mol。

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

①上述生產(chǎn)過程的能量轉化方式是_________________。

②上述電解反應在溫度小于900℃時進行碳酸鈣先分解為CaO和CO2，電解質(zhì)為熔融碳酸鈉，陽極的電極反應式為2CO32－－4e－=2CO2↑+O2↑，則陰極的電極反應式為__________________________。

Answer 1

【答案】 2NH3(g)＋ CO2(g)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(l) △H ＝ -130.98 kJ·mol－1 BD 3.0 3.0 太陽能和電能轉化為化學能 3CO2 + 4e－= C + 2CO32－

【解析】（1）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

根據(jù)蓋斯定律可知①+②-③即得到NH3和CO2合成尿素和液態(tài)水的熱化學方程式為2NH3(g)＋ CO2(g)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(l) △H ＝ -130.98 kJ·mol－1。

（2）A．由圖可知，平衡時△c（CO）=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，濃度變化量之比等于化學計量數(shù)之比，故△c（H2）=△c（CO）=0.12mol/L，故n（H2）=0.12mol/L×10L=1.2mol，A錯誤；B．生成1.2mol氫氣，放出的熱量為41.2kJ×1.2mol/1mol＝49.44kJ，B正確；C．4min內(nèi)CO2的濃度變化量是0.12mol/L，所以反應速率為0.12mol/L÷4min＝0.03 mol/(L·min)，C錯誤；D．恒容密閉容器中，若充入氦氣，體積不變，各物質(zhì)的濃度不變，速率不變，D正確，答案選BD；（3）在容積為2L的密閉容器中同時充入1.0mol CO，3.0mol H2O，amol CO2和bmol H2，若要與（2）中平衡是等效平衡，則全部轉化為反應物，與（2）中起始的量等比例即可；設實際轉化的CO2和 H2為xmol，所以轉化為反應物時，c（CO）=(1+x)/2mol/L，c（H2O）=(3+x)/2mol/L，已知（2）中反應物的起始量為c（CO）=0.2mol/L，c（H2O）=0.3mol/L；則，解得：x=3；所以初始時CO2和 H2的物質(zhì)的量均為3mol，即a=b=3；（4）①根據(jù)裝置圖可判斷上述生產(chǎn)過程的能量轉化方式是太陽能和電能轉化為化學能。②陰極發(fā)生得到電子的還原反應，反應中有碳生成，則陰極是CO2得到電子，電極反應式為3CO2 +4e－＝C+2CO32－。