Question

【題目】【加試題】二氧化碳是一種寶貴的碳氧資源。以CO2和NH3為原料合成尿素是固定和利用CO2

的成功范例。在尿素合成塔中的主要反應(yīng)可表示如下：

反應(yīng) I：2NH3(g)+CO2(g) NH2COONH4(s) ΔH1=-159.47 kJ·mol-1

反應(yīng)II：NH2COONH4(s) CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH2=+72.49kJ·mol-1

請(qǐng)回答下列問題：

(l)寫出CO2和NH3為原料生成尿素和氣態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式_______,反應(yīng)II自發(fā)進(jìn)行的條件是_____。

(2)CO2和NH3為原料合成尿素的反應(yīng)中影響CO2轉(zhuǎn)化率的因素很多，下圖為某待定條件下，不同水碳比[n(H2O)/n(CO2)]和溫度影響CO2轉(zhuǎn)化率變化的趨勢(shì)曲線。

下列說法不正確的是__________。

A.溫度升髙該反應(yīng)平衡常數(shù)逐漸減小，移走部分尿素平衡向正方向移動(dòng)

B.當(dāng)溫度低于190℃,隨溫度升髙CO2轉(zhuǎn)化率逐漸增大，其原因可能是溫度升高平衡向正方向移動(dòng)

C.當(dāng)溫度髙于190℃后，隨溫度升髙CO2轉(zhuǎn)化率逐漸減小，其原因可能是溫度升高發(fā)生了副反應(yīng)

D.其他條件相同時(shí)，為提髙CO2的轉(zhuǎn)化率，生產(chǎn)中可以采取的措施是提高水碳比

(3)某研究小組為探究反應(yīng)I中影響C(CO2)的因素，在恒溫下將0.4molNH3和0.2molCO2放入容積為2L的密閉容器中，t1時(shí)達(dá)到平衡，其c(CO2)隨時(shí)間t變化趨勢(shì)曲線如下圖所示。則其逆反應(yīng)的平衡常數(shù)為_____。若其他條件不變，t1時(shí)將容器體積壓縮到1L,請(qǐng)畫出t1t2時(shí)間段C(CO2)隨時(shí)間t變化趨勢(shì)曲線（t2時(shí)達(dá)到新的平衡）。__________

(4)電解尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液制氫氣的裝置示意圖如下圖,請(qǐng)寫出在A電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式_____。

Answer 1

【答案】 2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(s)＋H2O(g) △H=－86.98kJ·mol－1 高溫 ABD 6.25×10-5 CO(NH2)2＋8OH－－6e－=N2↑＋CO32-＋6H2O

【解析】(l) 反應(yīng)Ⅰ：2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s)△H1=-159.47 kJmol-1，反應(yīng)Ⅱ：NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H2=+72.49kJmol-1由蓋斯定律總反應(yīng)Ⅰ+反應(yīng)Ⅱ，得到2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H3=-86.98kJmol-1；反應(yīng)Ⅱ：NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H2=+72.49kJmol-1的△H＞0，△S＞0，要使得△G=△H-T△S＜0，則T需要較大，即該反應(yīng)為高溫自發(fā)，故答案為：2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(s)＋H2O(g) △H=－86.98kJ·mol－1；高溫；

(2)A. 合成尿素的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升髙，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)逐漸減小，尿素為固體，移走部分尿素平衡不移動(dòng)，故A錯(cuò)誤；B. 合成尿素的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，當(dāng)溫度低于190℃,隨溫度升髙，平衡逆向移動(dòng)，CO2轉(zhuǎn)化率逐漸減小，故B錯(cuò)誤；C. 溫度越高，發(fā)生副反應(yīng)的可能性越高，會(huì)導(dǎo)致二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，故C正確；D.根據(jù)圖像，水碳比越高，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越低，故D錯(cuò)誤；故選ABD；

(3)在恒溫下將0.4mol NH3和0.2mol CO2放入容積為2L的密閉容器中，達(dá)到平衡時(shí)，

2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s)

起始量(mol/L) 0.2 0.1 0

變化量(mol/L)0.15 0.075

平衡量(mol/L)0.05 0.025

逆反應(yīng)的平衡常數(shù)K==0.052×0.025=6.25×10-5；t1時(shí)達(dá)到平衡過程中c(CO2)隨時(shí)間t變化趨勢(shì)曲線如圖2所示．若其他條件不變，t1時(shí)將容器體積壓縮到1L，二氧化碳濃度應(yīng)增大到0.05mol/L，壓強(qiáng)增大，平衡正向進(jìn)行，由于生成物是固體，所以達(dá)到平衡狀態(tài)，二氧化碳濃度保持不變，據(jù)此畫出變化曲線為：，故答案為：6.25×10-5；；

(4)該電池反應(yīng)時(shí)中CO(NH2)2+2OH-CO32-+N2↑+3H2↑，氮元素化合價(jià)由-3價(jià)變?yōu)?價(jià)，H元素化合價(jià)由+1價(jià)變?yōu)?價(jià)，所以生成氮?dú)獾碾姌O是陽極，生成氫氣的電極是陰極，則A電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為CO(NH2)2＋8OH－－6e－=N2↑＋CO32-＋6H2O，故答案為：CO(NH2)2＋8OH－－6e－=N2↑＋CO32-＋6H2O。