Question

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

2NH3(g) ＋ CO2(g)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(l) △H ＝－130.98 kJ·mol−1 2mol 8mol 80% CD 太阳能和电能转化为化学能 2CO32－－4e－=2CO2↑+O2↑ 3CO2+4e－=C+2CO32－

【解析】

(1)根据盖斯定律进行计算。

(2)①求出改变量，再求起始时浓度，再求起始的物质的量，再计算CO2的平衡转化率；②A．由于反应正向是放热反应，逆向吸热反应，容器I温度高于容器II中温度，因此正反应速率不相同；

B．两个容器是恒温恒容则两容器中CH4的物质的量分数相同，但容器I温度比容器II中温度高，容器I相对恒温恒容容器，平衡逆向移动，容器II相对恒温恒容容器，平衡正向移动，因此容器I中CH4的物质的量分数大；

C．根据B选项类似分析得出容器I中CO2的物质的量比容器II中的多；

D．若是恒温恒容，两个容器的中是等效平衡，转化率相加等于1，但对容器I中CO2的转化率比恒温时减小，对容器II中CH4的转化率比恒温时减小，因此两者转化率之和小于1。

(3)①根据图中信息，石灰石高温电解是吸热反应；②根据图中信息阳极是熔融盐中的碳酸根离子得到电子生成氧气和二氧化碳，阴极是二氧化碳得到电子变为碳和碳酸根。

(1)根据盖斯定律①＋②－③得到NH3和CO2合成尿素和液态水的热化学方程式2NH3(g) ＋ CO2(g)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(l) △H ＝－130.98 kJ·mol−1；故答案为：2NH3(g) ＋ CO2(g)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(l) △H ＝－130.98 kJ·mol−1。

(2)①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，则CO2改变量为0.8mol·L−1，H2改变量为3.2 mol·L−1，因此起始时CO2和H2的物质的量浓度分别为1mol·L−1，4 mol·L−1，容器体积为2L，因此充入CO2和H2的物质的量分别为2mol、8mol，CO2的平衡转化率为；故答案为：2mol；8mol；80%。

②A．由于反应正向是放热反应，逆向吸热反应，容器I温度高于容器II中温度，因此正反应速率不相同，故A错误；

B．两个容器是恒温恒容则两容器中CH4的物质的量分数相同，但容器I温度比容器II中温度高，容器I相对恒温恒容容器，平衡逆向移动，容器II相对恒温恒容容器，平衡正向移动，因此容器I中CH4的物质的量分数大，故B错误；

C．根据B选项类似分析得出容器I中CO2的物质的量比容器II中的多，故C正确；

D．若是恒温恒容，两个容器的中是等效平衡，转化率相加等于1，但对容器I中CO2的转化率比恒温时减小，对容器II中CH4的转化率比恒温时减小，因此两者转化率之和小于1，故D错误；

综上所述，答案为CD。

(3)①根据图中信息，石灰石高温电解，电能提供能量，太阳能在石墨阴极提供能量，因此上述生产过程的能量转化方式是太阳能和电能转化为化学能；故答案为：太阳能和电能转化为化学能。

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，根据图中信息阳极是熔融盐中的碳酸根离子得到电子生成氧气和二氧化碳，因此阳极的电极反应式为2CO32−－4e－=2CO2↑+O2↑，阴极是二氧化碳得到电子变为碳和碳酸根，其阴极的电极反应式为3CO2+4e－=C+2CO32−；故答案为：2CO32−－4e－=2CO2↑+O2↑；3CO2+4e－=C+2CO32−。