Question

【題目】碳及其化合物廣泛存在于自然界。請(qǐng)回答下列問題：

(1)以CO2與NH3為原料可合成尿素。已知

①2NH3(g)+CO2(g)=NH2COONH4(s) △H=－159.47 kJ·mol－1

②NH2COONH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=+116.49 kJ·mol－1

③H2O(l)=H2O(g) △H=+88.0 kJ·mol－1

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

(2)海洋是地球上碳元素的最大吸收池。

①溶于海水中的CO2主要以四種無機(jī)碳形式存在，即：CO2、H2CO3、___________、___________。

②在海洋碳循環(huán)中，可通過如圖所示的途徑固碳。寫出鈣化作用的離子方程式___________。

(3)常溫常壓下，空氣中的CO2溶于水中達(dá)到平衡時(shí)，其轉(zhuǎn)化關(guān)系如下：

①CO2+H2OH2CO3 K=1.8×10－3

②H2CO3H++HCO3－ Ka1=4.3×10－7，

③HCO3－ H++CO32－ Ka2=5.6×10－11

通常情況下，海水的pH約為8，若忽略水的電離及H2CO3的第二級(jí)電離，則溶液中c(CO2)=____________________________________________mol/L。(保留兩位有效數(shù)字)

(4)為了測(cè)量某湖水中無機(jī)碳含量，量取100mL湖水，酸化后用N2吹出CO2，再用NaOH溶液吸收。用1.0mol/L鹽酸滴定吸收液，生成的V(CO2)隨V(鹽酸)變化關(guān)系如圖1所示，則吸收液中離子濃度由大到小的順序?yàn)?/span>__________，湖水中無機(jī)碳的濃度為___________mol/L。

(5)用CO2和天然氣可以制備CO和H2，CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)。密閉容器中濃度均為0.1mol/L的CH4與CO2，在一定條件下反應(yīng)，測(cè)得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示，則壓強(qiáng)p1___________p2(填“>”或“<)。若p2=3MPa，則T℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=___________MPa2(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

Answer 1

【答案】 HCO3－ CO32- 1.3×10-7 c(Na+)> c(HCO3-) > c(CO32-) > c(OH-) > c(H+) 0. 2 < 4

【解析】

(1)氨氣和二氧化碳生成尿素的方程式為： ，反應(yīng)等于①+②-③，則熱化學(xué)方程式為：；

(2) ①從圖中可以看出來，還有一種形式為HCO3－，根據(jù)電離，可以知道還有一種形式為CO32-；②從圖中，鈣化作用中，1種反應(yīng)物HCO3－，生成物有CaCO3和CO2，根據(jù)原子守恒，可以知道另一種反應(yīng)物為Ca2+，可以根據(jù)原子守恒和電荷守恒寫出方程式：；

（3）pH等于8，求c(CO2)，要找到兩者的關(guān)系，忽略水的電離和碳酸的第二級(jí)電離。可將反應(yīng)①②聯(lián)立相加，得CO2+H2OH++HCO3－，該反應(yīng)的平衡常數(shù)=K·Ka1=，根據(jù)第一級(jí)電離方程式H+和HCO3-的濃度相同，pH=8，c(H+)=10-8，，可求出c(CO2)為1.3×10-7mol/L；

（4）根據(jù)圖像，0~10mL的階段，沒有氣體生成，發(fā)生反應(yīng)：，之后有氣體生成，發(fā)生反應(yīng)：，可知Na2CO3和NaHCO3的物質(zhì)的量之比1:1，注意雖然第二個(gè)反應(yīng)中消耗了20mLHCl，但有一部分NaHCO3來自于第一個(gè)反應(yīng)。CO32-的水解能力比HCO3-的能力強(qiáng)，溶液呈堿性，則排序?yàn)椋?/span>c(Na+)> c(HCO3-) > c(CO32-) > c(OH-) > c(H+)；100mL的湖水，根據(jù)圖像的第二步消耗了20mL 1mol/L的HCl生成的CO2為0.02mol，則湖水中無機(jī)碳的濃度為0.02mol÷0.1L=0. 2mol/L；

(5)同一溫度下，p1的條件下，CH4的轉(zhuǎn)化率更高。根據(jù)方程式，是氣體體積增加的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，向氣體體積減小的方向移動(dòng)，CH4的轉(zhuǎn)化率更小；則p1< p2。

CO2(g) + CH4(g)2CO(g)+2H2(g)

起始濃度 0.1mol/L 0.1mol/L 0 0

轉(zhuǎn)化濃度 0.05mol/L 0.05mol/L 0.1mol/L 0.1mol/L

平衡濃度 0.05mol/L 0.05mol/L 0.1mol/L 0.1mol/L

總的物質(zhì)的量濃度為0.3mol/L。。

(1)根據(jù)蓋斯定律計(jì)算，①+②-③，則熱化學(xué)方程式為：；

(2) ①從圖中可以看出來，還有形式為HCO3－，根據(jù)電離，可知還為CO32-；②從圖中，根據(jù)原子守恒和電荷守恒，可寫出方程式：；

（3）pH等于8，反應(yīng)①②相加，得CO2+H2OH++HCO3－，該反應(yīng)的平衡常數(shù)=K·Ka1=，根據(jù)第一級(jí)電離方程式H+和HCO3-的濃度相同，pH=8，c(H+)=10-8，，可求出c(CO2)為1.3×10-7mol/L；

（4）根據(jù)圖像，0~10mL的階段，沒有氣體生成，發(fā)生反應(yīng)：，之后有氣體生成，發(fā)生反應(yīng)：，則Na2CO3和NaHCO3的物質(zhì)的量之比1:1，注意雖然第二個(gè)反應(yīng)中消耗了20mLHCl，但有一部分NaHCO3來自于第一個(gè)反應(yīng)。CO32-的水解能力比HCO3-的能力強(qiáng)，溶液呈堿性，則排序?yàn)椋?/span>c(Na+)> c(HCO3-) > c(CO32-) > c(OH-) > c(H+)；100mL的湖水，根據(jù)圖像的第二步消耗了20mL 1mol/L的HCl生成的CO2為0.02mol，則湖水中無機(jī)碳的濃度為0.02mol÷0.1L=0. 2mol/L；

(5)同一溫度下，p1的條件下，CH4的轉(zhuǎn)化率更高。根據(jù)方程式，是氣體體積增加的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，向氣體體積減小的方向移動(dòng)，CH4的轉(zhuǎn)化率更小；則p1< p2。

CO2(g) + CH4(g)2CO(g)+2H2(g)

起始濃度 0.1mol/L 0.1mol/L 0 0

轉(zhuǎn)化濃度 0.05mol/L 0.05mol/L 0.1mol/L 0.1mol/L

平衡濃度 0.05mol/L 0.05mol/L 0.1mol/L 0.1mol/L

總的物質(zhì)的量濃度為0.3mol/L。。