Question

（15分）资源化利用二氧化碳不仅可减少温室气体的排放，还可重新获得燃料或重要工业产品。

（1）以CO₂与NH₃为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

试写出NH₃和CO₂合成尿素和液态水的热化学方程式                            。

（2）在一定条件下，二氧化碳转化为甲烷的反应如下：

CO₂(g)+4H₂(g)CH₄(g)+2H₂O(g)  ΔH＜0

①向一容积为2L的恒容密闭容器中充入一定量的CO₂和H₂，在300℃时发生上述反应，达到平衡时各物质的浓度分别为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的物质的量分别为          、           。CO₂的平衡转化率为               。

②现有两个相同的恒容绝热（与外界没有热量交换）密闭容器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℃下开始反应。达到平衡时，下列说法正确的是                 （填字母）。

A．容器I、II中正反应速率相同

B．容器I、II中CH₄的物质的量分数相同

C．容器I中CO₂的物质的量比容器II中的多

D．容器I中CO₂的转化率与容器II中CH₄的转化率之和小于1

（3）华盛顿大学的研究人员研究出一种方法，可实现水泥生产时CO₂零排放，其基本原理如图所示：

①上述生产过程的能量转化方式是        。

②上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为CaO和CO₂，电解质为熔融碳酸钠，则阳极的电极反应式为                ，阴极的电极反应式为                           。

 

Answer 1

【答案】

（1）2NH₃（g）＋ CO₂（g）＝CO(NH₂)₂（s）＋H₂O（l）△H ＝—130.98 kJ·mol^－1 （3分）

（2）①2mol（1分）；8mol（1分）；80% （2分）  ②CD（2分）

（3）①太阳能和电能转化为化学能（2分）

②2CO₃^2－－4e^－=2CO₂↑+O₂↑（2分）；3CO₂+4e^－=C+2CO₃^2－（2分）

【解析】

试题分析：（1）由①＋②－③可得：2NH₃(g)＋ CO₂(g)＝CO(NH₂)₂(s)＋H₂O(l) △H ＝—130.98 kJ·mol^－1 （3分）

（2）①假设起始的二氧化碳的物质的量为xmol，氢气的物质的量为ymol：

                 CO₂(g)    +    4H₂(g)          CH₄(g)   +    2H₂O(g)  ΔH＜0

起始物质的量：    xmol         ymol                0             0

转化物质的量：   1.6mol        6.4mol              1.6mol         3.2mol

平衡物质的量：   0.4mol         1.6mol              1.6mol         3.2mol

那么：x＝0.4mol＋1.6mol＝2.0mol      y＝6.4mol＋1.6mol＝8.0mol

CO₂的平衡转化率为：

②A、容器I、II中的起始反应物不一样，因此正反应速率不一定相等，错误；B、如果不是一个绝热容器，那么在两个容器中按题中的投料是等效平衡，也就是说两个容器中甲烷的含量应该相等，但这是一个绝热的容器，如果是二氧化碳和氢气生成甲烷和水，正反应是放热反应，放出的热量使容器温度升高，升高温度会使得平衡逆向移动，使得甲烷的含量比前述的等效平衡时的要低，而投入甲烷和水，生成的是二氧化碳和氢气，要吸热，使得体系的温度降低，而温度的降低使得平衡正向移动，使得甲烷的含量比前述的等效平衡时的要高，因此容器I、II中CH₄的物质的量分数不相同，错误；C、容器I中是在前述等效平衡的基础上逆向移动，容器II中是在前有识述等效平衡的基础上正向移动，所以容器I中CO₂的物质的量比容器II中的多，正确；D、如果按照等效平衡来考虑的话，容器I中CO₂的转化率与容器II中CH₄的转化率之和等于1，但这是在绝热容器中，是在等效平衡的基础上又分别进行了移动，因此，容器I中CO₂的转化率与容器II中CH₄的转化率之和小于1，正确。

（3）①从图中可知装置是将太阳能和电能转化为化学能（2分）

②阳极是失去电子的反应：2CO₃^2－－4e^－=2CO₂↑+O₂↑；阴极是得到电子的反应，得电子的物质只能是二氧化碳：3CO₂+4e^－=C+2CO₃^2－。

考点：考查反应热、化学平衡以及电化学的有关知识。