Question

【題目】CO2是溫室氣體，研究CO2的應用對促進低碳生活具有重要意義。

(1)1922年德國工業化生產尿素

Ⅰ：2NH3(g)+CO2(g) NH2COONH4(s) ΔH1=-159.50kJ·mol-1

Ⅱ：NH3COONH4(s) CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH2=+72.50kJ·mol-1

①寫出用NH3和CO2合成尿素總反應的熱化學方程式_________；按照酸堿質子理論，能接受H+的物質為堿，現常溫下溶液中存在反應：NH3+NH2COOHNH2COONH4（K=1×1010），則該溶液中堿性強弱為：NH3____NH2COONH4（填“強于”、“弱于”、“相等”或“不能確定”）。

②在一個體積恒為1L的恒溫密閉容器中充入2molCO2和4molNH3的混合氣體，經歷反應Ⅰ、Ⅱ合成CO(NH2)2，混合氣體中的氨氣體積分數及氣體總濃度隨時間變化如下圖所示。

對于反應Ⅰ：A點的正反應速率與B點的逆反應速率的大小關系是：v_______v（填“>”“<”或“=”）。當溫度升高時，平衡常數K1值的變化趨勢為__________，在B點氨氣的轉化率為_________；

對于反應Ⅱ：從動力學分析，選用合適正催化劑可以使該反應活化能_______（“增大”“減小”或“不變”）

(2)利用二氧化碳制備乙烯

用惰性電極電解強酸性二氧化碳水溶液可得到乙烯，其原理如下圖所示。

①b電極上的電極反應式為______________；

②該裝置中使用的是___________（填“陰” 或“陽”）離子交換膜。

Answer 1

【答案】 2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH=-87.00kJ·mol-1 強于 > 逐漸減小 75% 減小 2CO2+12e-+12H+=C2H4+H2O 陽

【解析】(1)①已知：Ⅰ：2NH3(g)+CO2(g) NH2COONH4(s) ΔH1=-159.50kJ·mol-1

Ⅱ：NH3COONH4(s) CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH2=+72.50kJ·mol-1

則根據蓋斯定律可知Ⅰ+Ⅱ即得到用NH3和CO2合成尿素應的熱化學方程式為2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH=-87.00kJ·mol-1；根據NH3+NH2COOHNH2COONH4（K=1×1010）可知氨氣能結合羧基電離出的氫離子，所以堿性：NH3強于NH2COONH4。②根據圖像可知B點反應達到平衡狀態，A點在B點之前，所以對于反應Ⅰ：A點的正反應速率大于B點的逆反應速率。第一步反應是放熱反應，當溫度升高時平衡向逆反應方向進行，所以平衡常數K1值的變化趨勢為逐漸減小；則根據B點平衡時氨氣為50%，氣體總濃度是2mol/L，所以氨氣的平衡濃度是2mol×50%＝1mol/L，所以消耗氨氣是3mol/L，因此B點氨氣的轉化率為3/4×100%＝75%；對于反應Ⅱ：從動力學分析，選用合適正催化劑可以使該反應活化能減小。

(2)①b電極與電源的負極相連，作陰極，溶液中的CO2得到電子轉化為乙烯，溶液顯酸性，因此陰極上的電極反應式為2CO2+12e-+12H+=C2H4+H2O；②為了防止氫氧根離子與CO2反應，因此該裝置中使用的是陽離子交換膜。