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，可實現水泥生產時CO2零排放，其基本原理如圖所示：

①上述生產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

根據蓋斯定律可知①+②-③即得到NH3和CO2合成尿素和液態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的物質的量均為3mol，即a=b=3；（4）①根據裝置圖可判斷上述生產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－。