Question

【題目】我國政府承諾，到2020年，單位GDP CO2排放量比2005年下降40%－45%。請回答下列問題：

(1)利用太陽能工藝可將Fe3O4轉(zhuǎn)化為FeO，然后利用FeO捕獲CO2可得炭黑，其流程如上圖所示。該循環(huán)中Fe3O4可視為_______（填“催化劑”、“中間產(chǎn)物”），過程2捕獲1mo1CO2轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是_______mol。

(2)以CO2和NH3為原料合成尿素[CO(NH2)2]，反應(yīng)如下:

2NH3(g)＋CO2(g)＝H2NCOONH4(s) ΔH＝－1595kJ·mol－1

H2NCOONH4 (s)＝CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH＝＋1165kJ·mol－1

H2O(l)＝H2O(g) ΔH＝＋44.0kJ·mol－1

CO2(g)與NH3(g)合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式_______________________；

(3)CH4-CO2催化重整可以得到燃料CO和H2。一定條件下在恒容的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)能夠說明上述反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是______（填字母序號(hào)）。

A．CO2和CH4的濃度相等

B．v正(CO2)＝2v逆(CO)

C．每斷裂4molC—H鍵的同時(shí)，斷裂2molH—H鍵

D．容器中混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變

E．容器中混合氣體的密度保持不變

(4)CO2是一種溫室氣體，但其本身無毒，處理廢氣時(shí)常將一些有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO2。一定溫度下，在三個(gè)容積均為2.0 L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)

不同溫度下，容器中各物質(zhì)起始和平衡時(shí)的物質(zhì)的量如下表所示：

容器	溫度/℃	起始物質(zhì)的量/mol		平衡時(shí)物質(zhì)的量/mol
		NO(g)	CO(g)	CO2
甲	50	0.2	0.2	0.12
乙	100	0.2	0.2	0.1
丙	100	0.3	0.3

下列說法正確的是___________

A．該反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)

B．50℃時(shí)，若起始時(shí)向甲中充入0.1 mol N2和0.2 mol CO2，則達(dá)平衡時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率為40%

C．100℃時(shí)，若起始時(shí)向乙中充入的NO、CO、N2和CO2均為0.40 mol，則此時(shí)v正＞v逆

D．達(dá)到平衡時(shí)，丙中CO2的體積分?jǐn)?shù)比乙中的小

Answer 1

【答案】催化劑 4 2NH3(g)＋CO2(g) = CO(NH2)2(s)＋H2O(l) △H=－474 kJ·mol-1 CD BC

【解析】

(1) 利用太陽能工藝可將Fe3O4轉(zhuǎn)化為FeO，然后利用FeO捕獲CO2可得炭黑，結(jié)合流程圖寫出反應(yīng)的總反應(yīng)，據(jù)此分析解答；

(2)首先寫出CO2(g)與NH3(g)合成尿素的化學(xué)方程式，再根據(jù)蓋斯定律分析解答；

(3)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，據(jù)此分析判斷；

(4)A.根據(jù)溫度對平衡的影響分析判斷；B.50℃時(shí)，起始甲中充入0.1molN2和0.2molCO2所達(dá)到的平衡狀態(tài)與50℃時(shí)，起始甲中充入0.2molNO和0.2molCO所達(dá)到的平衡狀態(tài)是等效平衡，利用甲的反應(yīng)三段式計(jì)算；C.根據(jù)乙的反應(yīng)三段式計(jì)算平衡常數(shù)K，結(jié)合濃度商Qc與K的關(guān)系判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；D.同比增大NO、CO的濃度，相當(dāng)于加壓，根據(jù)增大壓強(qiáng)對化學(xué)平衡的影響分析判斷。

(1)利用太陽能工藝可將Fe3O4轉(zhuǎn)化為FeO，然后利用FeO捕獲CO2可得炭黑，由流程圖可知總反應(yīng)為CO2C+O2，在500℃條件下，過程2中CO2和FeO發(fā)生反應(yīng)生成的Fe3O4是過程1中的反應(yīng)物，所以該循環(huán)中Fe3O4可視為催化劑，過程2的反應(yīng)為6FeO+CO2=2Fe3O4+C，C的化合價(jià)降低4，即轉(zhuǎn)移4e-，所以捕獲1mo1CO2轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為4mol，故答案為：催化劑；4；

(2)CO2(g)與NH3(g)合成尿素的化學(xué)方程式為2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s) +H2O(l)；①2NH3(g)+CO2(g)═H2NCOONH4(s) △H=-1595kJmol-1，②H2NCOONH4 (s)═CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H=+1165kJmol-1，③H2O(l)═H2O(g) △H=+44.0kJmol-1，根據(jù)蓋斯定律，將①+②-③得：2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s) +H2O(l) △H=-1595kJmol-1+(+1165kJmol-1) -(+44.0kJmol-1)=-474 kJmol-1，即2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=-474 kJmol-1 ，故答案為：2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=-474 kJmol-1 ；

(3)A．反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，CO2和CH4的濃度不變，但不一定相等，所以該狀態(tài)不能判定反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；B．反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)v正(CO2)∶v逆(CO)=1∶2，即2v正(CO2)=v逆(CO)，所以v正(CO2)=2v逆(CO)的狀態(tài)不是平衡狀態(tài)，實(shí)際上此時(shí)反應(yīng)正向進(jìn)行，故B錯(cuò)誤；C．每斷裂4molC-H鍵的同時(shí)，斷裂2molH-H鍵，即2v正(CH4)=v逆(H2)，符合v正(CH4)∶v逆(H2)=1∶2，說明正逆反應(yīng)速率相等，為平衡狀態(tài)，故C正確；D．反應(yīng)體系中各物質(zhì)均為氣體，混合氣體的總質(zhì)量不變，氣體總物質(zhì)的量n是變化的，根據(jù)M=可知，容器中混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，故D正確；E．反應(yīng)體系中各物質(zhì)均為氣體，混合氣體的總質(zhì)量不變，所以恒溫恒容條件下容器中混合氣體的密度ρ=始終保持不變，不能判定反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故E錯(cuò)誤；故答案為：CD；

(4)A.將甲的平衡狀態(tài)升溫到100℃時(shí)，n(CO2)減少，說明升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)放熱，故A錯(cuò)誤；

B.

50℃時(shí)，若起始甲中充入0.1molN2和0.2molCO2達(dá)到的平衡狀態(tài)與起始甲中充入0.2molNO和0.2molCO所達(dá)到的平衡狀態(tài)是等效平衡，即達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)c(N2)=0.03mol/L，n(N2)=0.06mol，所以達(dá)平衡時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率=×100%=40%，故B正確；

C.100℃時(shí)，

平衡常數(shù)K==10，若起始時(shí)向乙中充入的NO、CO、N2和CO2均為0.40mol，即濃度均為0.2mol/L時(shí)，濃度商Qc==5＜10=K，所以反應(yīng)正向進(jìn)行，此時(shí)v正＞v逆，故C正確；

D.反應(yīng)2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)正向氣體體積減小，增大壓強(qiáng)時(shí)平衡正向移動(dòng)，c(CO2)增大，丙容器反應(yīng)體系相當(dāng)于乙容器加壓，平衡正向移動(dòng)，c(CO2)增大，所以達(dá)到平衡時(shí)，丙中CO2的體積分?jǐn)?shù)比乙中的大，故D錯(cuò)誤；故答案為：BC。