Question

碳及其化合物广泛存在于自然界。请回答下列问题：

（1）以CO₂与NH₃为原料可合成尿素[CO(NH₂)₂]。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

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

（2）海洋是地球上碳元素的最大“吸收池”。

①溶于海水中的CO₂主要以四种无机碳形式存在，即：CO₂、H₂CO₃、___________、_________。

②在海洋碳循环中，可通过右图所示的途径固碳。写出钙化作用的离子方程式_____________。

（3）常温常压下，空气中的CO₂溶于水中达到平衡时，其转化关系如下：

①CO₂ + H₂OH₂CO₃   K=1.8×10^-3

②H₂CO₃H⁺+HCO₃^-   K _{a 1}=4.3×10^-7，

③HCO₃^-H⁺+CO₃^2-    K _a2=5.6×10^-11，

通常情况下，海水的pH约为8，若忽略水的电离及H₂CO₃的第二级电离，则溶液中c(CO₂)=____ mol/L。（保留两位有效数字）

（4）为了测量某湖水中无机碳含量，量取100mL湖水，酸化后用 N₂吹出CO₂，再用NaOH溶液吸收。用1.0mol/L盐酸滴定吸收液，生成的V(CO₂)随V(盐酸) 变化关系如左图所示，则吸收液中离子浓度由大到小的顺序为______，湖水中无机碳的浓度为___mol/L。

       

（5）用CO₂和天然气可以制备CO和H₂，CO₂(g) +CH₄(g) 2CO(g)+2H₂(g)。密闭容器中浓度均为0. 1 mol/L的CH₄与CO₂，在一定条件下反应，测得CH₄ 的平衡转化率与温度及压强的关系如右图所示，则压强P₁ ____P₂（填“>”或“<”）。若P₂= 3MPa，则T°C时该反应的平衡常数 Kp =_____MPa²

（用平衡分压代替平衡浓度计算， 分压=总压×物质的量分数）。

Answer

2NH3(g)+CO2=CO(NH2)(s)+H2O(l) △H=-130.98kJ/mol HCO3- CO32- Ca2++2HCO3-=CaCO3↓+CO2↑+H2O 1.3×10-7mol/L c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+) 0.2 < 4

【解析】（1）本题考查热化学反应方程式的计算，①＋②－③得到2NH3(g)+CO2=CO(NH2)(s)+H2O(l) △H=(－159.47＋116.49－88)kJ·mol－1=－130.98kJ·mol－1；（2）①本题考查弱电解质的电离，H2CO3是二元弱酸，在水中发生电离，即H2CO3HCO3－＋H＋、HCO3－＋H2OCO32－＋H＋，因此还含有的碳元素的形式为HCO3－和CO32－；②根据为示意图，参加反应的物质是Ca2＋和HCO3－，生成物是CaCO3和CO2，因此离子方程式为Ca2＋＋2HCO3－=CaCO3↓＋CO2↑＋H2O；（3）本题考查平衡常数的计算，忽略水的电离和HCO3－的电离，pH=8，因此溶液中c(H＋)=10－8mol·L－1，根据②溶液中c(HCO3－)=c(H＋)10－8，根据Ka1=c(H＋)×c(HCO3－)/c(H2CO3)，代入数值，得到c(H2CO3)=10－16/4.3×10－7mol·L－1，根据K=c(H2CO3)/c(CO2)，代入数值，c(CO2)=10－16/(4.3×10－7×1.8×10－3)mol·L－1=1.3×10－7mol·L－1；（4）本题考查离子浓度的大小比较以及物料守恒，根据V(CO2)和V(HCl)的关系图，推出反应后溶液中溶质为NaHCO3和Na2CO3，且两者物质的量相等，因此CO32－的水解程度大于HCO3－，因此离子浓度大小顺序是c(Na＋)>c(HCO3－)>c(CO32－)>c(OH－)>c(H＋)，加入30mL盐酸，气体达到最大，即此时的溶质为NaCl，n(Na＋)=n(NaCl)=n(HCl)=30×10－3×1mol=3×10－2mol，因此n(Na2CO3)=0.01mol，n(NaHCO3)=0.01mol，即碳元素守恒，无机碳的浓度为(0.01＋0.01)/100×10－3)mol·L－1=0.2mol·L－1；（5）考查勒夏特列原理，以及平衡常数的计算，增大压强平衡向逆反应方向移动，即甲烷的转化率降低，即P2>P1；CO2(g) +CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)

起始： 0.1 0.1 0 0

变化： 0.05 0.05 0.1 0.1

平衡： 0.05 0.05 0.1 0.1 H2的物质的量分数为0.1/0.3=1/3，CO的物质的量分数为1/3，CH4和CO2的物质的量分数为0.05/0.3=0.5/3，Kp= = =4。

点睛：本题的难点在问题（4），CO2和NaOH反应后，溶液中的溶质可能是NaOH和Na2CO3，Na2CO3，NaHCO3和Na2CO3，NaHCO3，碳酸钠和盐酸反应：Na2CO3＋HCl=NaHCO3＋NaCl，NaHCO3＋HCl=NaCl＋CO2↑＋H2O，根据V(CO2)和V(HCl)的关系，确认溶质为Na2CO3和NaHCO3，根据碳酸钠和盐酸反应的实质，推断出Na2CO3和NaHCO3的物质的量相等，然后判断离子浓度大小顺序。