Question

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(yè)產(chǎn)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=-159.47kJ?mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.49kJ?mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+88.0kJ?mol^-1
試寫出NH₃和CO₂合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式

 

．
（2）在一定條件下，二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的反應(yīng)如下：
CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H＜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(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時各物質(zhì)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(zhì)的量分別為

 

、

 

．CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為

 

．
②現(xiàn)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1mol CO₂和4mol H₂，在Ⅱ中充入1mol CH₄和2mol H₂O（g），300℃下開始反應(yīng)．達(dá)到平衡時，下列說法正確的是

 

（填字母）．
A．容器I、Ⅱ中正反應(yīng)速率相同      
B．容器I、Ⅱ中CH₄的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相同
C．容器I中CO₂的物質(zhì)的量比容器II中的多
D．容器I中CO₂的轉(zhuǎn)化率與容器II中CH₄的轉(zhuǎn)化率之和小于1
（3）華盛頓大學(xué)的研究人員研究出一種方法，可實現(xiàn)水泥生產(chǎn)時CO₂零排放，其基本原理如圖所示：
①上述生產(chǎn)過程的能量轉(zhuǎn)化方式是

 

．
②上述電解反應(yīng)在溫度小于900℃時進(jìn)行碳酸鈣先分解為CaO和CO₂，電解質(zhì)為熔融碳酸鈉，則陽極的電極反應(yīng)式為

 

，陰極的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點：熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,化學(xué)平衡的計算,電解原理

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律計算；
（2）①依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算；
②A．容器Ⅰ中從正反應(yīng)開始到達(dá)平衡，容器Ⅱ中從逆反應(yīng)開始到達(dá)，平衡建立的途徑不相同；
B．容器Ⅲ中相當(dāng)于在容器Ⅰ中平衡的基礎(chǔ)上再加入1mol CO和1mol H₂O，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，故容器Ⅲ中到達(dá)平衡時溫度更高，該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高平衡常數(shù)越小；
C．容器Ⅱ中所到達(dá)的平衡狀態(tài)，相當(dāng)于在容器Ⅰ中平衡的基礎(chǔ)上降低溫度，平衡向正反應(yīng)移動；
D．溫度相同時，容器Ⅰ中CO 的轉(zhuǎn)化率與容器Ⅱ中CO₂的轉(zhuǎn)化率之和等于1，容器Ⅱ中所到達(dá)的平衡狀態(tài)，相當(dāng)于在容器Ⅰ中平衡的基礎(chǔ)上降低溫度，平衡向正反應(yīng)移動；
（3）①依據(jù)圖示可知是太陽能和電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的變化過程；
②上述電解反應(yīng)在溫度小于900℃時進(jìn)行碳酸鈣先分解為Ca0和CO₂，電解質(zhì)為熔融碳酸鈉，則陽極的電極反應(yīng)是碳酸根離子失電子生成氧氣的過程，陰極是二氧化碳得到電子生成碳，依據(jù)電子守恒和傳導(dǎo)離子配平書寫電極反應(yīng)；

解答： 解：（1）①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.47kJ?mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.49kJ?mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+88.0kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律：①+②-③得：
2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-130.98 kJ?mol^-1，
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-130.98 kJ?mol^-1；
（2）①向一容積為2L的恒容密閉容器中充人一定量的CO₂和H₂，在300℃時發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時各物質(zhì)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CO₂和H₂的物質(zhì)的量分別為x、y；
             CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）
起始量（mol）  x      y          0       0
變化量（mol）  1.6    6.4       1.6      3.2
平衡量（mol）  0.4    1.6       1.6      3.2
x=1.6mol+0.4mol=2mol，y=6.4mol+1.6mol=8mol；
CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率=

1.6mol

2mol

×100%=80%；
故答案為：2 mol；8 mol；80%
②A．容器Ⅰ中從正反應(yīng)開始到達(dá)平衡，容器Ⅱ中從逆反應(yīng)開始到達(dá)，平衡建立的途徑不相同，無法比較反應(yīng)速率，故A錯誤
B．容器Ⅲ中相當(dāng)于在容器Ⅰ中平衡的基礎(chǔ)上再加入1mol CO和1mol H₂O，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，故容器Ⅲ中到達(dá)平衡時溫度更高，該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高平衡常數(shù)越小，故B錯誤；
C．容器Ⅱ中所到達(dá)的平衡狀態(tài)，相當(dāng)于在容器Ⅰ中平衡的基礎(chǔ)上降低溫度，平衡向正反應(yīng)移動，故容器Ⅰ中CO 的物質(zhì)的量比容器Ⅱ中的多，故C正確；
D．溫度相同時，容器I中CO 的轉(zhuǎn)化率與容器Ⅱ中CO₂的轉(zhuǎn)化率之和等于1，容器Ⅱ中所到達(dá)的平衡狀態(tài)，相當(dāng)于在容器Ⅰ中平衡的基礎(chǔ)上降低溫度，平衡向正反應(yīng)移動，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率比兩容器相同溫度時容器Ⅱ中CO₂的轉(zhuǎn)化率低，故容器Ⅰ中CO 的轉(zhuǎn)化率與容器Ⅱ中CO₂的轉(zhuǎn)化率之和小于1，故D正確；
故選CD．
（3）①依據(jù)圖示可知是太陽能和電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的變化過程；
故答案為：太陽能和電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；
②述電解反應(yīng)在溫度小于900℃時進(jìn)行碳酸鈣先分解為Ca0和CO₂，電解質(zhì)為熔融碳酸鈉，則陽極的電極反應(yīng)是碳酸根離子失電子生成氧氣的過程，電極反應(yīng)為：2CO₃^2--4e^-═2CO₂↑+O₂↑，陰極是二氧化碳得到電子生成碳，依據(jù)電子守恒和傳導(dǎo)離子配平書寫電極反應(yīng)為：3CO₂+4e^-═C+2CO₃^2-；
故答案為：2CO₃^2--4e^-═2CO₂↑+O₂↑；3CO₂+4e^-═C+2CO₃^2-；

點評：本題考查熱蓋斯定律的運用，三段法計算、電池電極反應(yīng)，影響化學(xué)平衡的因素、化學(xué)平衡的建立等，難度較大，構(gòu)建平衡建立的途徑進(jìn)行比較是關(guān)鍵．