Question

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）═NH₂CO₂NH₄（s）△H₁=a kJ?mol^-1
反應(yīng)Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₂=+72.49kJ?mol^-1
總反應(yīng)Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₃=-86.98kJ?mol^-1
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）反應(yīng)Ⅰ的△H₁=

 

kJ?mol^-1（用具體數(shù)據(jù)表示）．
（2）反應(yīng)Ⅱ一般在

 

情況下有利于該反應(yīng)的進(jìn)行．
（3）反應(yīng)Ⅲ中影響CO₂平衡轉(zhuǎn)化率的因素很多，下圖1為某特定條件下，不同水碳比

n(H2O)

n(CO2)

和溫度影響CO₂平衡轉(zhuǎn)化率變化的趨勢(shì)曲線．
①其他條件相同時(shí)，為提高CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，生產(chǎn)中可以采取的措施是

 

（填提高或降低）水碳比．
②當(dāng)溫度高于190℃后，CO₂平衡轉(zhuǎn)化率出現(xiàn)如圖1所示的變化趨勢(shì)，其原因是

 

．
（4）反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)表達(dá)式K₁=

 

；如果起始溫度相同，反應(yīng)Ⅰ由在恒溫容器進(jìn)行改為在絕熱（與外界沒(méi)有熱量交換）容器中進(jìn)行，平衡常數(shù)K₁將

 

（填增大、減少、不變）．
（5）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)到平衡過(guò)程中c（CO₂）隨時(shí)間t變化趨勢(shì)曲線如上圖2所示．若其他條件不變，t₁時(shí)將容器體積壓縮到1L，請(qǐng)畫出t₁后c（CO₂）隨時(shí)間t變化趨勢(shì)曲線（t₂達(dá)到新的平衡）．
（6）由CO₂形成的熔融碳酸鹽做電解質(zhì)的燃料電池（MCFC），從技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，是未來(lái)民用發(fā)電的理想選擇方案之一．現(xiàn)以H₂（g）、CO（g）為燃料，以一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔混合物為電解質(zhì)（如圖3）．寫出碳酸鹽燃料電池（MCFC）正極電極反應(yīng)式

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線,常見(jiàn)化學(xué)電源的種類及其工作原理,化學(xué)平衡建立的過(guò)程,化學(xué)平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算分析；
（2）依據(jù)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0分析；
（3）①不同水碳比

n(H2O)

n(CO2)

和溫度影響CO₂平衡轉(zhuǎn)化率變化的趨勢(shì)曲線分析可知；
②反應(yīng)Ⅲ是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行；
（4）依據(jù)熱化學(xué)方程式2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂CO₂NH₄（s）△H₁=a kJ?mol^-1 ，結(jié)合平衡常數(shù)的概念書寫；
（5）圖象分析二氧化碳的平衡濃度為0.025mol/L，體積縮小一半濃度增大一倍應(yīng)為0.05mol/L，隨反應(yīng)進(jìn)行達(dá)到平衡狀態(tài)，因?yàn)樯�成物為固體，最后達(dá)到相同平衡狀態(tài)，二氧化碳濃度不變，據(jù)此畫出變化曲線；
（6）根據(jù)電極上得失電子書寫電極反應(yīng)式．

解答： 解：（1）反應(yīng)Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂CO₂NH₄（s）△H₁=a kJ?mol^-1
反應(yīng)Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₂=+72.49kJ?mol^-1
總反應(yīng)Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₃=-86.98kJ?mol^-1
由蓋斯定律總反應(yīng)Ⅲ-反應(yīng)Ⅱ，得到2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂CO₂NH₄（s）△H₁=a=-159.47kJ?mol^-1，
故答案為：-159.47；
（2）反應(yīng)Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₂=+72.49kJ?mol^-1，∵△S＞0，△H＞0，所以依據(jù)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)△H-T△S＜0，需要在高溫下反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，故答案為：高溫；
（3）①反應(yīng)Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₃=-86.98kJ?mol^-1，其他條件相同時(shí)，為提高CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，平衡正向進(jìn)行，依據(jù)圖象中的水碳比數(shù)據(jù)分析判斷，生產(chǎn)中可以采取的措施是降低水碳比，二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，故答案為：降低；
②反應(yīng)Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₃=-86.98kJ?mol^-1，是放熱反應(yīng)，升溫高于190°C，依據(jù)圖象分析可知，二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，因?yàn)闇囟壬�高，平衡逆向進(jìn)行，
故答案為：溫度高于190℃時(shí)，因?yàn)榉磻?yīng)Ⅲ是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆方向進(jìn)行，CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率降低；
（4）反應(yīng)Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂CO₂NH₄（s）△H₁=-159.47kJ?mol^-1，平衡常數(shù)K=

1

c(CO2)c2(NH3)

；
起始溫度相同，反應(yīng)Ⅰ由在恒溫容器進(jìn)行改為在絕熱（與外界沒(méi)有熱量交換）容器中進(jìn)行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行溫度升高平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，
故答案為：

1

c(CO2)c2(NH3)

；減少；
（5）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
t₁時(shí)達(dá)到平衡過(guò)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）碳酸鹽燃料電池正極上氧氣得電子和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，故答案為：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)平衡影響因素分析判斷，平衡常數(shù)，圖象繪制與分析，電化學(xué)等掌握基礎(chǔ)知識(shí)，有一定的綜合性，題目難度中等．