Question

【題目】CO2是溫室氣體，研究CO2的應(yīng)用對(duì)促進(jìn)低碳生活具有重要意義。

(1)1922年德國工業(yè)化生產(chǎn)尿素

Ⅰ：2NH3(g)+CO2(g) NH2COONH4(s) ΔH1=-159.50kJ·mol-1

Ⅱ：NH3COONH4(s) CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH2=+72.50kJ·mol-1

①寫出用NH3和CO2合成尿素總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式_________；按照酸堿質(zhì)子理論，能接受H+的物質(zhì)為堿，現(xiàn)常溫下溶液中存在反應(yīng)：NH3+NH2COOHNH2COONH4（K=1×1010），則該溶液中堿性強(qiáng)弱為：NH3____NH2COONH4（填“強(qiáng)于”、“弱于”、“相等”或“不能確定”）。

②在一個(gè)體積恒為1L的恒溫密閉容器中充入2molCO2和4molNH3的混合氣體，經(jīng)歷反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ合成CO(NH2)2，混合氣體中的氨氣體積分?jǐn)?shù)及氣體總濃度隨時(shí)間變化如下圖所示。

對(duì)于反應(yīng)Ⅰ：A點(diǎn)的正反應(yīng)速率與B點(diǎn)的逆反應(yīng)速率的大小關(guān)系是：v_______v（填“>”“<”或“=”）。當(dāng)溫度升高時(shí)，平衡常數(shù)K1值的變化趨勢為__________，在B點(diǎn)氨氣的轉(zhuǎn)化率為_________；

對(duì)于反應(yīng)Ⅱ：從動(dòng)力學(xué)分析，選用合適正催化劑可以使該反應(yīng)活化能_______（“增大”“減小”或“不變”）

(2)利用二氧化碳制備乙烯

用惰性電極電解強(qiáng)酸性二氧化碳水溶液可得到乙烯，其原理如下圖所示。

①b電極上的電極反應(yīng)式為______________；

②該裝置中使用的是___________（填“陰” 或“陽”）離子交換膜。

Answer 1

【答案】 2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH=-87.00kJ·mol-1 強(qiáng)于 > 逐漸減小 75% 減小 2CO2+12e-+12H+=C2H4+H2O 陽

【解析】(1)①已知：Ⅰ：2NH3(g)+CO2(g) NH2COONH4(s) ΔH1=-159.50kJ·mol-1

Ⅱ：NH3COONH4(s) CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH2=+72.50kJ·mol-1

則根據(jù)蓋斯定律可知Ⅰ+Ⅱ即得到用NH3和CO2合成尿素應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH=-87.00kJ·mol-1；根據(jù)NH3+NH2COOHNH2COONH4（K=1×1010）可知氨氣能結(jié)合羧基電離出的氫離子，所以堿性：NH3強(qiáng)于NH2COONH4。②根據(jù)圖像可知B點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A點(diǎn)在B點(diǎn)之前，所以對(duì)于反應(yīng)Ⅰ：A點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于B點(diǎn)的逆反應(yīng)速率。第一步反應(yīng)是放熱反應(yīng)，當(dāng)溫度升高時(shí)平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，所以平衡常數(shù)K1值的變化趨勢為逐漸減��；則根據(jù)B點(diǎn)平衡時(shí)氨氣為50%，氣體總濃度是2mol/L，所以氨氣的平衡濃度是2mol×50%＝1mol/L，所以消耗氨氣是3mol/L，因此B點(diǎn)氨氣的轉(zhuǎn)化率為3/4×100%＝75%；對(duì)于反應(yīng)Ⅱ：從動(dòng)力學(xué)分析，選用合適正催化劑可以使該反應(yīng)活化能減小。

(2)①b電極與電源的負(fù)極相連，作陰極，溶液中的CO2得到電子轉(zhuǎn)化為乙烯，溶液顯酸性，因此陰極上的電極反應(yīng)式為2CO2+12e-+12H+=C2H4+H2O；②為了防止氫氧根離子與CO2反應(yīng)，因此該裝置中使用的是陽離子交換膜。