Question

【題目】我國政府承諾，到2020年，單位GDP CO2排放量比2005年下降40%－45%。請回答下列問題：

(1)利用太陽能工藝可將Fe3O4轉化為FeO，然后利用FeO捕獲CO2可得炭黑，其流程如上圖所示。該循環中Fe3O4可視為_______（填“催化劑”、“中間產物”），過程2捕獲1mo1CO2轉移電子的物質的量是_______mol。

(2)以CO2和NH3為原料合成尿素[CO(NH2)2]，反應如下:

2NH3(g)＋CO2(g)＝H2NCOONH4(s) ΔH＝－1595kJ·mol－1

H2NCOONH4 (s)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH＝＋1165kJ·mol－1

H2O(l)＝H2O(g) ΔH＝＋44.0kJ·mol－1

CO2(g)與NH3(g)合成尿素和液態水的熱化學方程式_______________________；

(3)CH4-CO2催化重整可以得到燃料CO和H2。一定條件下在恒容的密閉容器中發生反應：CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)能夠說明上述反應已達到平衡狀態的是______（填字母序號）。

A．CO2和CH4的濃度相等

B．v正(CO2)＝2v逆(CO)

C．每斷裂4molC—H鍵的同時，斷裂2molH—H鍵

D．容器中混合氣體的平均相對分子質量保持不變

E．容器中混合氣體的密度保持不變

(4)CO2是一種溫室氣體，但其本身無毒，處理廢氣時常將一些有毒物質轉化為CO2。一定溫度下，在三個容積均為2.0 L的密閉容器中發生反應：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)

不同溫度下，容器中各物質起始和平衡時的物質的量如下表所示：

容器	溫度/℃	起始物質的量/mol		平衡時物質的量/mol
		NO(g)	CO(g)	CO2
甲	50	0.2	0.2	0.12
乙	100	0.2	0.2	0.1
丙	100	0.3	0.3

下列說法正確的是___________

A．該反應的正反應為吸熱反應

B．50℃時，若起始時向甲中充入0.1 mol N2和0.2 mol CO2，則達平衡時N2的轉化率為40%

C．100℃時，若起始時向乙中充入的NO、CO、N2和CO2均為0.40 mol，則此時v正＞v逆

D．達到平衡時，丙中CO2的體積分數比乙中的小

Answer 1

【答案】催化劑 4 2NH3(g)＋CO2(g) = CO(NH2)2(s)＋H2O(l) △H=－474 kJ·mol-1 CD BC

【解析】

(1) 利用太陽能工藝可將Fe3O4轉化為FeO，然后利用FeO捕獲CO2可得炭黑，結合流程圖寫出反應的總反應，據此分析解答；

(2)首先寫出CO2(g)與NH3(g)合成尿素的化學方程式，再根據蓋斯定律分析解答；

(3)反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變，據此分析判斷；

(4)A.根據溫度對平衡的影響分析判斷；B.50℃時，起始甲中充入0.1molN2和0.2molCO2所達到的平衡狀態與50℃時，起始甲中充入0.2molNO和0.2molCO所達到的平衡狀態是等效平衡，利用甲的反應三段式計算；C.根據乙的反應三段式計算平衡常數K，結合濃度商Qc與K的關系判斷反應進行的方向；D.同比增大NO、CO的濃度，相當于加壓，根據增大壓強對化學平衡的影響分析判斷。

(1)利用太陽能工藝可將Fe3O4轉化為FeO，然后利用FeO捕獲CO2可得炭黑，由流程圖可知總反應為CO2C+O2，在500℃條件下，過程2中CO2和FeO發生反應生成的Fe3O4是過程1中的反應物，所以該循環中Fe3O4可視為催化劑，過程2的反應為6FeO+CO2=2Fe3O4+C，C的化合價降低4，即轉移4e-，所以捕獲1mo1CO2轉移電子的物質的量為4mol，故答案為：催化劑；4；

(2)CO2(g)與NH3(g)合成尿素的化學方程式為2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s) +H2O(l)；①2NH3(g)+CO2(g)═H2NCOONH4(s) △H=-1595kJmol-1，②H2NCOONH4 (s)═CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=+1165kJmol-1，③H2O(l)═H2O(g) △H=+44.0kJmol-1，根據蓋斯定律，將①+②-③得：2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s) +H2O(l) △H=-1595kJmol-1+(+1165kJmol-1) -(+44.0kJmol-1)=-474 kJmol-1，即2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=-474 kJmol-1 ，故答案為：2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=-474 kJmol-1 ；

(3)A．反應達到平衡時，CO2和CH4的濃度不變，但不一定相等，所以該狀態不能判定反應達到平衡狀態，故A錯誤；B．反應達到平衡時v正(CO2)∶v逆(CO)=1∶2，即2v正(CO2)=v逆(CO)，所以v正(CO2)=2v逆(CO)的狀態不是平衡狀態，實際上此時反應正向進行，故B錯誤；C．每斷裂4molC-H鍵的同時，斷裂2molH-H鍵，即2v正(CH4)=v逆(H2)，符合v正(CH4)∶v逆(H2)=1∶2，說明正逆反應速率相等，為平衡狀態，故C正確；D．反應體系中各物質均為氣體，混合氣體的總質量不變，氣體總物質的量n是變化的，根據M=可知，容器中混合氣體的平均相對分子質量保持不變的狀態是平衡狀態，故D正確；E．反應體系中各物質均為氣體，混合氣體的總質量不變，所以恒溫恒容條件下容器中混合氣體的密度ρ=始終保持不變，不能判定反應是否達到平衡狀態，故E錯誤；故答案為：CD；

(4)A.將甲的平衡狀態升溫到100℃時，n(CO2)減少，說明升高溫度，平衡逆向移動，正反應放熱，故A錯誤；

B.

50℃時，若起始甲中充入0.1molN2和0.2molCO2達到的平衡狀態與起始甲中充入0.2molNO和0.2molCO所達到的平衡狀態是等效平衡，即達到平衡狀態時c(N2)=0.03mol/L，n(N2)=0.06mol，所以達平衡時N2的轉化率=×100%=40%，故B正確；

C.100℃時，

平衡常數K==10，若起始時向乙中充入的NO、CO、N2和CO2均為0.40mol，即濃度均為0.2mol/L時，濃度商Qc==5＜10=K，所以反應正向進行，此時v正＞v逆，故C正確；

D.反應2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)正向氣體體積減小，增大壓強時平衡正向移動，c(CO2)增大，丙容器反應體系相當于乙容器加壓，平衡正向移動，c(CO2)增大，所以達到平衡時，丙中CO2的體積分數比乙中的大，故D錯誤；故答案為：BC。