Question

1．二氧化碳的捕集、利用与封存（CCUS）是我国能源领域的一个重要战略方向．
（1）CO₂经催化加氢可合成低碳烯烃：2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）在0.1MPa时，按n（CO₂）：n（H₂）=1：3投料，不同温度（T）下，平衡时的四种气态物质的物质的量（n）的关系如图1所示，则该反应的焓变△H＜0（填：“＞”、“=”或“＜”）；曲线c表示的物质为乙烯；随温度的升高，该反应的化学平衡常数变化趋势是减小（填写“增大”、“不变”或“减小”）．

（2）在强酸性的电解质水溶液中，惰性材料做电极，电解CO₂可得到多种燃料，其原理如图2所示，组太阳能电池的负极为a（填“a”或“b”）极，电解时，生成丙烯的电极反应式是3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O．
（3）以CO₂为原料制取碳黑（C）的太阳能工艺如图3所示，则过程2中发生反应的化学方程式为6FeO（S）+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄（S）+C；过程1中每消耗1molFe₃O₄转移电子的物质的量为2mol．
（4）一定量CO₂溶于NaOH溶于中恰好得到25mL0.1000mol/LNa₂CO₃溶液，在常温下用0.1000mol/L的盐酸对其进行滴定，所得滴定曲线如图4所示，c点所得溶液中各种离子的物质的量浓度由大到小的排列顺序是c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
（5）以NH₃与CO₂为原料合成尿素[化学式为CO（NH₂）₂]的主要反应如下：
①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.5kJ/mol
②NH₂CO₂NH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ/mol
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol
则CO₂与NH₃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=-87.0KJ/mol．

Answer 1

分析 （1）①由图可知，升高温度，氢气物质的量增大，说明平衡逆向移动，则正反应是放热反应；升高温度平衡逆向移动，a曲线随着温度升高，物质的量增大，为二氧化碳，b、c随着温度升高其物质的量降低，为生成物水、乙烯，但水的变化量大于乙烯；正反应是放热反应，随温度的升高，该反应的化学平衡常数减小；
（2）太阳能电池中光能转化为电能，电解强酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，电能转化为化学能；二氧化碳在连接电源a极的电极上得电子发生还原反应生成乙烯，a为电源负极，b为电源的正极；正极的电极反应式为：3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O；
（3）根据图知，发生反应：过程2中发生反应的化学方程式为6FeO（S）+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄（S）+C；过程1中发生反应的化学方程式为2Fe₃O₄ $\frac{\underline{\;＞2300\;}}{\;}$6FeO+O₂↑，每消耗2molFe₃O₄转移电子的物质的量为4mol，所以每消耗1molFe₃O₄转移电子的物质的量为2mol；
（4）一定量CO₂溶于NaOH溶于中恰好得到25mL0.1000mol/LNa₂CO₃溶液，在常温下用0.1000mol/L的盐酸对其进行滴定，c点时n（HCl）=0.1mol/L×0.025L=0.0025mol，恰好完全反应生成等物质的量的NaHCO₃和NaCl，所以离子浓度大小为：c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（5）依据热化学方程式和盖斯定律计算①+②-③得到CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式．

解答 解：（1）由图可知，升高温度，氢气物质的量增大，说明平衡逆向移动，则正反应是放热反应，故△H＜0，根据图知，升高温度，氢气物质的量增大，说明平衡逆向移动，则正反应是放热反应；a曲线随着温3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O度升高，物质的量增大，为二氧化碳，b、c随着温度升高其物质的量降低，为生成物水、乙烯，但水的变化量大于乙烯，所以c曲线代表乙烯，正反应是放热反应，随温度的升高，该反应的化学平衡常数减小，
故答案为：＜；乙烯；减小；
（2）太阳能电池中光能转化为电能，电解强酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，电能转化为化学能；二氧化碳在连接电源a极的电极上得电子发生还原反应生成乙烯，a为电源负极，b为电源的正极；正极的电极反应式为：3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O，
故答案为：a；3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O；
（3）根据图知，发生反应：过程2中发生反应的化学方程式为6FeO（S）+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄（S）+C；过程1中发生反应的化学方程式为2Fe₃O₄ $\frac{\underline{\;＞2300\;}}{\;}$6FeO+O₂↑，每消耗2molFe₃O₄转移电子的物质的量为4mol，所以每消耗1molFe₃O₄转移电子的物质的量为2mol，
故答案为：6FeO（S）+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄（S）+C；2mol；
（4）一定量CO₂溶于NaOH溶于中恰好得到25mL0.1000mol/LNa₂CO₃溶液，在常温下用0.1000mol/L的盐酸对其进行滴定，c点时n（HCl）=0.1mol/L×0.025L=0.0025mol，恰好完全反应生成等物质的量的NaHCO₃和NaCl，所以离子浓度大小为：c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（5）①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂ NH₄（s）△H=+l59.5kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=-116.5kJ•mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-1
由热化学方程式和盖斯定律计算①+②-③得到CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式为2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol，
故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol．

点评 本题考查化学平衡图象、原电池和电解池原理、氧化还原反应有关计算、离子浓度大小比较和盖斯定律的应用等，（4）中关键是判断各点溶液中溶质，难度较大．