Question

我国政府承诺，到2020年，单位GDP CO₂排放量比2005年下降40%－45%。请回答下列问题：

(1)利用太阳能工艺可将Fe₃O₄转化为FeO，然后利用FeO捕获CO₂可得炭黑，其流程如上图所示。该循环中Fe₃O₄可视为_______（填“催化剂”、“中间产物”），过程2捕获1mo1CO₂转移电子的物质的量是_______mol。

(2)以CO₂和NH₃为原料合成尿素[CO(NH₂)₂]，反应如下:

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)与NH₃(g)合成尿素和液态水的热化学方程式_______________________；

(3)CH₄-CO₂催化重整可以得到燃料CO和H₂。一定条件下在恒容的密闭容器中发生反应：CO₂(g)＋CH₄(g)2CO(g)＋2H₂(g)能够说明上述反应已达到平衡状态的是______ （填字母序号）。

A．CO₂和CH₄的浓度相等

B．v_正(CO₂)＝2v_逆(CO)

C．每断裂4molC—H键的同时，断裂2molH—H键

D．容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变

E．容器中混合气体的密度保持不变

(4)CO₂是一种温室气体，但其本身无毒，处理废气时常将一些有毒物质转化为CO₂。一定温度下，在三个容积均为2.0 L的密闭容器中发生反应：2NO(g)＋2CO(g)N₂(g)＋2CO₂(g)

不同温度下，容器中各物质起始和平衡时的物质的量如下表所示：

容器	温度/℃	起始物质的量/mol	平衡时物质的量/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

下列说法正确的是___________

A．该反应的正反应为吸热反应

B．50℃时，若起始时向甲中充入0.1 mol N₂和0.2 mol CO₂，则达平衡时N₂的转化率为40%

C．100℃时，若起始时向乙中充入的NO、CO、N₂和CO₂均为0.40 mol，则此时v_正＞v_逆

D．达到平衡时，丙中CO₂的体积分数比乙中的小

Answer

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

【解析】

(1) 利用太阳能工艺可将Fe3O4转化为FeO，然后利用FeO捕获CO2可得炭黑，结合流程图写出反应的总反应，据此分析解答；

(2)首先写出CO2(g)与NH3(g)合成尿素的化学方程式，再根据盖斯定律分析解答；

(3)反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，据此分析判断；

(4)A.根据温度对平衡的影响分析判断；B.50℃时，起始甲中充入0.1molN2和0.2molCO2所达到的平衡状态与50℃时，起始甲中充入0.2molNO和0.2molCO所达到的平衡状态是等效平衡，利用甲的反应三段式计算；C.根据乙的反应三段式计算平衡常数K，结合浓度商Qc与K的关系判断反应进行的方向；D.同比增大NO、CO的浓度，相当于加压，根据增大压强对化学平衡的影响分析判断。

(1)利用太阳能工艺可将Fe3O4转化为FeO，然后利用FeO捕获CO2可得炭黑，由流程图可知总反应为CO2C+O2，在500℃条件下，过程2中CO2和FeO发生反应生成的Fe3O4是过程1中的反应物，所以该循环中Fe3O4可视为催化剂，过程2的反应为6FeO+CO2=2Fe3O4+C，C的化合价降低4，即转移4e-，所以捕获1mo1CO2转移电子的物质的量为4mol，故答案为：催化剂；4；

(2)CO2(g)与NH3(g)合成尿素的化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s) +H2O(l)；①2NH3(g)+CO2(g)═H2NCOONH4(s) △H=-1595kJ•mol-1，②H2NCOONH4 (s)═CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=+1165kJ•mol-1，③H2O(l)═H2O(g) △H=+44.0kJ•mol-1，根据盖斯定律，将①+②-③得：2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s) +H2O(l) △H=-1595kJ•mol-1+(+1165kJ•mol-1) -(+44.0kJ•mol-1)=-474 kJ•mol-1，即2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=-474 kJ•mol-1 ，故答案为：2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=-474 kJ•mol-1 ；

(3)A．反应达到平衡时，CO2和CH4的浓度不变，但不一定相等，所以该状态不能判定反应达到平衡状态，故A错误；B．反应达到平衡时v正(CO2)∶v逆(CO)=1∶2，即2v正(CO2)=v逆(CO)，所以v正(CO2)=2v逆(CO)的状态不是平衡状态，实际上此时反应正向进行，故B错误；C．每断裂4molC-H键的同时，断裂2molH-H键，即2v正(CH4)=v逆(H2)，符合v正(CH4)∶v逆(H2)=1∶2，说明正逆反应速率相等，为平衡状态，故C正确；D．反应体系中各物质均为气体，混合气体的总质量不变，气体总物质的量n是变化的，根据M=可知，容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变的状态是平衡状态，故D正确；E．反应体系中各物质均为气体，混合气体的总质量不变，所以恒温恒容条件下容器中混合气体的密度ρ=始终保持不变，不能判定反应是否达到平衡状态，故E错误；故答案为：CD；

(4)A.将甲的平衡状态升温到100℃时，n(CO2)减少，说明升高温度，平衡逆向移动，正反应放热，故A错误；

B.

50℃时，若起始甲中充入0.1molN2和0.2molCO2达到的平衡状态与起始甲中充入0.2molNO和0.2molCO所达到的平衡状态是等效平衡，即达到平衡状态时c(N2)=0.03mol/L，n(N2)=0.06mol，所以达平衡时N2的转化率=×100%=40%，故B正确；

C.100℃时，

平衡常数K==10，若起始时向乙中充入的NO、CO、N2和CO2均为0.40mol，即浓度均为0.2mol/L时，浓度商Qc==5＜10=K，所以反应正向进行，此时v正＞v逆，故C正确；

D.反应2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g)正向气体体积减小，增大压强时平衡正向移动，c(CO2)增大，丙容器反应体系相当于乙容器加压，平衡正向移动，c(CO2)增大，所以达到平衡时，丙中CO2的体积分数比乙中的大，故D错误；故答案为：BC。