Question

【題目】大氣中CO2含量的增加會加劇溫室效應，為減少其排放，需將工業生產中產生的CO2分離出來進行儲存和利用。

（1）CO2與NH3反應可合成化肥尿素[化學式為CO(NH2)2]。

已知：

①2NH3(g)＋CO2(g)=NH2CO2NH4(s) ΔH=－159.5kJ/mol

②NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH=＋116.5kJ/mol

③H2O(l)=H2O(g) ΔH=＋44.0kJ/mol

寫出CO2與NH3合成尿素和液態水的熱化學反應方程式：______________。

（2）CO2與H2也可用于合成甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。在體積可變的恒壓密閉容器中壓強為P時，該反應在不同溫度、不同投料比時，達平衡時CO2的轉化率如圖一所示。

圖一 圖二 圖三

①該反應的S 0，H 0（填“＞”或“＜”）。

②700K時，用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數KP= 。

③若溫度不變，減小反應物投料比[n(H2)/n(CO2)]，K值 （填“增大”、“減小”或“不變”）。

④700K投料比[n(H2)/n(CO2)] = 2時，達平衡時H2的轉化率為 。

（3）利用太陽能和缺鐵氧化物[如Fe0.9O]可將富集到的廉價CO2熱解為碳和氧氣，實現CO2再資源化，轉化過程如圖二所示，若用1mol缺鐵氧化物[Fe0.9O]與足量CO2完全反應可生成 molC(碳)。

（4）以TiO2/Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉化成乙酸。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關系見圖三。如何解釋圖中250-400℃時溫度升高與乙酸的生成速率變化的關系？ 。

Answer 1

【答案】

（1）2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) ΔH＝–87.0kJ/mol（2分）

（2）①＜（1分） ＜（1分）

②（2分）

③不變（2分）

④45%（2分）

（3）0.1（2分）

（4）在250-300℃過程中，催化劑是影響速率的主要因素，催化劑的催化效率降低，導致反應速率也降低；而在300-400℃時，催化效率低且變化程度較小，但反應速率增加較明顯，因此該過程中溫度是影響速率的主要因素，溫度越高，反應速率越大（2分）

【解析】

試題分析：

（1）已知：①2NH3(g)＋CO2(g)=NH2CO2NH4(s) ΔH=－159.5 kJ/mol

②NH2CO2NH4(s)=CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH=＋116.5 kJ/mol

③H2O(l)=H2O(g) ΔH=＋44.0 kJ/mol

則根據蓋斯定律可知①+②－③即得到CO2與NH3合成尿素和液態水的熱化學反應方程式為2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) ΔH＝–87.0 kJ/mol。

（2）①反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) 的氣體系數在減小，所以S＜0；由圖一可知，溫度越高，CO2的轉化率越小，說明溫度升高，平衡逆向移動，所以該反應的H＜0。

②700K時，用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數KP=。

③K只與溫度有關，溫度不變，K值不變。

④700K投料比[n(H2)/n(CO2)] = 2時，設加入的H2為2mol，CO2為1mol 。此時CO2的轉化率為30%，消耗H2為0.9mol，則平衡時H2的轉化率為45%。

（3）依據圖示得到化學方程式為：Fe0.9O+0.1CO2=xC+0.3Fe3O4，依據碳原子守恒得到x=0.1。

（4）根據圖像，在250-300℃過程中，催化劑是影響速率的主要因素，催化劑的催化效率降低，導致反應速率也降低；而在300-400℃時，催化效率低且變化程度較小，但反應速率增加較明顯，可能是該過程中溫度是影響速率的主要因素，溫度越高，反應速率越大，故答案為：在250-300℃過程中，催化劑是影響速率的主要因素，因為催化劑的催化效率降低，導致反應速率也降低；而在300-400℃時，催化效率低且變化程度較小，但反應速率增加較明顯，該過程中溫度是影響速率的主要因素，溫度越高，反應速率越大。