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

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=-159.47kJ?mol-1②NH2CO2NH4（s）=CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H=+116.49kJ?mol-1③H2O（l）=H2O（g）△H=+88.0kJ?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）△H＜0①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1mol CO2和4mol H2，在Ⅱ中充入1mol CH4和2mol H2O（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

（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
依据盖斯定律：①+②-③得：
2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-130.98 kJ?mol^-1，
故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-130.98 kJ?mol^-1；
（2）①向一容积为2L的恒容密闭容器中充人一定量的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CO₂和H₂的物质的量分别为x、y；
             CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）
起始量（mol）  x      y          0       0
变化量（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的平衡转化率=

1.6mol

2mol

×100%=80%；
故答案为：2 mol；8 mol；80%
②A．容器Ⅰ中从正反应开始到达平衡，容器Ⅱ中从逆反应开始到达，平衡建立的途径不相同，无法比较反应速率，故A错误
B．容器Ⅲ中相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上再加入1mol CO和1mol H₂O，反应向正反应进行，故容器Ⅲ中到达平衡时温度更高，该反应正反应是放热反应，温度越高平衡常数越小，故B错误；
C．容器Ⅱ中所到达的平衡状态，相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度，平衡向正反应移动，故容器Ⅰ中CO 的物质的量比容器Ⅱ中的多，故C正确；
D．温度相同时，容器I中CO 的转化率与容器Ⅱ中CO₂的转化率之和等于1，容器Ⅱ中所到达的平衡状态，相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度，平衡向正反应移动，二氧化碳的转化率比两容器相同温度时容器Ⅱ中CO₂的转化率低，故容器Ⅰ中CO 的转化率与容器Ⅱ中CO₂的转化率之和小于1，故D正确；
故选CD．
（3）①依据图示可知是太阳能和电能转化为化学能的变化过程；
故答案为：太阳能和电能转化为化学能；
②述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为Ca0和CO₂，电解质为熔融碳酸钠，则阳极的电极反应是碳酸根离子失电子生成氧气的过程，电极反应为：2CO₃^2--4e^-═2CO₂↑+O₂↑，阴极是二氧化碳得到电子生成碳，依据电子守恒和传导离子配平书写电极反应为：3CO₂+4e^-═C+2CO₃^2-；
故答案为：2CO₃^2--4e^-═2CO₂↑+O₂↑；3CO₂+4e^-═C+2CO₃^2-；