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產品。

(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

試寫出NH3和CO2合成尿素和液態水的熱化學方程式______________。

(2)在一定條件下，二氧化碳轉化為甲烷的反應如下：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℃時發生上述反應，達到平衡時各物質的濃度分別為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的物質的量分別為_____、_____，CO2的平衡轉化率為______。

②現有兩個相同的恒容絕熱(與外界沒有熱量交換)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℃下開始反應。達到平衡時，下列說法正確的是_________(填字母)。

A．容器I、II中正反應速率相同 B．容器I、II中CH4的物質的量分數相同 C．容器I中CO2的物質的量比容器II中的多 D．容器I中CO2的轉化率與容器II中CH4的轉化率之和小于1

(3)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，則陽極的電極反應式為___，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·mol1 2mol 8mol 80% CD 太陽能和電能轉化為化學能 2CO32－－4e－=2CO2↑+O2↑ 3CO2+4e－=C+2CO32－

【解析】

(1)根據蓋斯定律進行計算。

(2)①求出改變量，再求起始時濃度，再求起始的物質的量，再計算CO2的平衡轉化率；②A．由于反應正向是放熱反應，逆向吸熱反應，容器I溫度高于容器II中溫度，因此正反應速率不相同；

B．兩個容器是恒溫恒容則兩容器中CH4的物質的量分數相同，但容器I溫度比容器II中溫度高，容器I相對恒溫恒容容器，平衡逆向移動，容器II相對恒溫恒容容器，平衡正向移動，因此容器I中CH4的物質的量分數大；

C．根據B選項類似分析得出容器I中CO2的物質的量比容器II中的多；

D．若是恒溫恒容，兩個容器的中是等效平衡，轉化率相加等于1，但對容器I中CO2的轉化率比恒溫時減小，對容器II中CH4的轉化率比恒溫時減小，因此兩者轉化率之和小于1。

(3)①根據圖中信息，石灰石高溫電解是吸熱反應；②根據圖中信息陽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為碳和碳酸根。

(1)根據蓋斯定律①＋②－③得到NH3和CO2合成尿素和液態水的熱化學方程式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達到平衡時各物質的濃度分別為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CO2和H2的物質的量濃度分別為1mol·L1，4 mol·L1，容器體積為2L，因此充入CO2和H2的物質的量分別為2mol、8mol，CO2的平衡轉化率為；故答案為：2mol；8mol；80%。

②A．由于反應正向是放熱反應，逆向吸熱反應，容器I溫度高于容器II中溫度，因此正反應速率不相同，故A錯誤；

B．兩個容器是恒溫恒容則兩容器中CH4的物質的量分數相同，但容器I溫度比容器II中溫度高，容器I相對恒溫恒容容器，平衡逆向移動，容器II相對恒溫恒容容器，平衡正向移動，因此容器I中CH4的物質的量分數大，故B錯誤；

C．根據B選項類似分析得出容器I中CO2的物質的量比容器II中的多，故C正確；

D．若是恒溫恒容，兩個容器的中是等效平衡，轉化率相加等于1，但對容器I中CO2的轉化率比恒溫時減小，對容器II中CH4的轉化率比恒溫時減小，因此兩者轉化率之和小于1，故D錯誤；

綜上所述，答案為CD。

(3)①根據圖中信息，石灰石高溫電解，電能提供能量，太陽能在石墨陰極提供能量，因此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；故答案為：太陽能和電能轉化為化學能。

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，根據圖中信息陽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，因此陽極的電極反應式為2CO32－4e－=2CO2↑+O2↑，陰極是二氧化碳得到電子變為碳和碳酸根，其陰極的電極反應式為3CO2+4e－=C+2CO32；故答案為：2CO32－4e－=2CO2↑+O2↑；3CO2+4e－=C+2CO32。