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【题目】研究CO2的综合利用对促进低碳经济的发展有重要意义。

(1)工业上以CO2NH3为原料生产尿素[CO(NH2)2],反应实际为两步进行:

I2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4(s) H1=-272kJ·mol-1

IIH2NCOONH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g) H2=+138kJ·mol-1

已知:H2O(l)==H2O(g) H3=+44kJ·mol-1

①请写出以NH3CO2为原料,合成尿素和液态水的热化学方程式______________

T1℃时,在1L的密闭容器中充入CO2NH3模拟工业生产,n(NH3)/n(CO2)=x,如图是CO2平衡转化率()x的关系。求图中ANH3的平衡转化率=________%。

③当x=1.0时,若起始的压强为p0kPa,水为液态,平衡时压强变为起始的1/2。则该反应的平衡常数Kp=_______(kPa)-3(KP为以分压表示的平衡常数)

(2)CO2H2合成甲醇:3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H=49.0kJ·mol-1。在T℃时,甲、乙、丙三个2L的恒容密闭容器中,按不同方式投入反应物,测得平衡时有关数据如下:

①甲容器10s达到平衡时测得x=39.2,则甲中CO2的平均反应速率____________

②下列说法正确的是________(填字母编号)

A2c1<c3 Bz<2y Cp3>2p2 Dα13>1

(3)NaOH溶液做碳捕捉剂可获得化工产品Na2CO3。常温下若某次捕捉后得到pH=10的溶液,则溶液中c(CO32-)c(HCO3-)=_____[K1(H2CO3)=4.4×10-7K2(H2CO3)=5×10-11],溶液中c(Na+)_____c(HCO3-)+2c(CO32-)(“>”“=””)

【答案】2NH3(g)CO2(g)H2O(l)CO(NH2)2(s) ΔH=178 kJmol-1 33.3 Kp=108/p03 0.04 molL-1s-1 AB 120.5 >

【解析】

本题研究CO2的综合利用对促进低碳经济的发展有重要意义,实际以CO2的性质为载体考查了化学反应原理的综合知识,难度适中。

(1) NH3CO2为原料,合成尿素和液态水的热化学方程式为2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H,根据盖斯定律可知△H=H1+H2-H3=178 kJmol-1,因而有2NH3(g)CO2(g)H2O(l)CO(NH2)2(s) ΔH=178 kJmol-1

②A点时,n(NH3)/n(CO2)=3.0,设n(CO2)=1mol,n(NH3)=3mol,CO2平衡转化率为0.50,则转化的CO2的量为1mol×0.50=0.5mol,那么根据2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(l)可知转化的NH30.5mol×2=1molNH3的平衡转化率=1mol/3mol×100%=33.3%;

x=1.0时,设n(NH3)=n(CO2)=1mol,根据三段式可知:

2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(l)

1 1

2x x

1-2x 1-x

又若起始的压强为p0kPa,水为液态,平衡时压强变为起始的1/2,可知=,解得x=mol,则n(NH3)=moln(CO2)=mol,那么p(NH3)=×= kPap(CO2)= ×=kPa,因而Kp==(kPa)-3

(2)①根据3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=49.0kJ·mol-1,可知消耗的CO2的量为1mol×=0.8molv(CO2)==0.04mol·L-1·s-1

②A.已知甲和乙为全等等效平衡,平衡时c1=c2,乙和丙的投料比相等,若处于恒压时,c2=c3*c3*为恒压时丙中甲醇浓度,此时,丙是乙体积的两倍,但题目要求恒容,因而可将丙压缩一半体积,瞬间浓度为2c3*,由于压缩体积相当于加压,根据气体计量数可知,平衡向右移动,则甲醇浓度变大,因而c3>2c3*,综合上述分析可知c3>2c1A正确;

B.乙和丙的投料比相等,假设在恒压时,c2=c3*c3*为恒压时丙中甲醇浓度,由于丙是乙体积的两倍,丙中甲醇的消耗量是乙的两倍,可推出吸收的热量关系为z*=2y(注意乙和丙为逆反应,为吸热反应),z*为恒压时丙中热量变化,但题目要求恒容,因而可将丙压缩一半体积,由于压缩体积相当于加压,根据气体计量数可知,平衡向右移动,则甲醇的量变多,即吸收的热量减少,即z< z*,故z<2yB正确;

C.根据B中分析可知平衡时,丙中甲醇的消耗量是小于乙中甲醇的消耗量的两倍,由于恒温恒容时压强之比等于物质的量之比,因而可推知丙中气体压强是小于乙中气体的两倍,即p3<2p2,C错误;

D.已知甲和乙为全等等效平衡,平衡时c1=c2,甲中α1=2c1/1=2c1,乙中α2=(1-2c2)/1=1-2c2,因而α12=2c1+1-2c2=1,根据C可知平衡时,丙中甲醇的消耗量是小于乙中甲醇的消耗量的两倍,因而α3小于α2所以α13<1,D错误。

故答案选AB

(3) pH=10,c(H+)=10-10mol/L,K2(H2CO3)=因而c(CO32-)c(HCO3-)= K2(H2CO3)/c(H+)=12,溶液中电荷守恒关系式为c(Na+)+ c(H+)=c(HCO3-)+2c(CO32-)+ c(OH-),又溶液pH=10,c(OH-)> c(H+),所以c(Na+)>c(HCO3-)+2c(CO32-)。

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1725℃时,向恒容密闭容器中充入CH4,达到平衡时CH4生成C2H2的平衡转化率为_____。该温度下,的平衡常数Kp=_______[注:用平衡分压(Pa)代替平衡浓度(mol·L-1)进行计算]

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