Question

【題目】碳及其化合物廣泛存在于自然界。請回答下列問題：

（1）以CO2與NH3為原料可合成尿素[CO(NH2)2]。已知：

①2NH3(g) ＋ CO2(g) === NH2COONH4(s) △H＝-159.47 kJ·mol-1

②NH2COONH4(s) === CO(NH2)2(s) ＋ H2O(g) △H＝+116.49 kJ·mol-1

③H2O(l) === H2O(g) △H＝+88.0 kJ·mol-1

寫出NH3和CO2合成尿素和液態水的熱化學方程式_____________。

（2）海洋是地球上碳元素的最大“吸收池”。

①溶于海水中的CO2主要以四種無機碳形式存在，即：CO2、H2CO3、___________、_________。

②在海洋碳循環中，可通過右圖所示的途徑固碳。寫出鈣化作用的離子方程式_____________。

（3）常溫常壓下，空氣中的CO2溶于水中達到平衡時，其轉化關系如下：

①CO2 + H2OH2CO3 K=1.8×10-3

②H2CO3H++HCO3- K a 1=4.3×10-7，

③HCO3-H++CO32- K a2=5.6×10-11，

通常情況下，海水的pH約為8，若忽略水的電離及H2CO3的第二級電離，則溶液中c(CO2)=____ mol/L。（保留兩位有效數字）

（4）為了測量某湖水中無機碳含量，量取100mL湖水，酸化后用 N2吹出CO2，再用NaOH溶液吸收。用1.0mol/L鹽酸滴定吸收液，生成的V(CO2)隨V(鹽酸) 變化關系如左圖所示，則吸收液中離子濃度由大到小的順序為______，湖水中無機碳的濃度為___mol/L。

（5）用CO2和天然氣可以制備CO和H2，CO2(g) +CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)。密閉容器中濃度均為0. 1 mol/L的CH4與CO2，在一定條件下反應，測得CH4 的平衡轉化率與溫度及壓強的關系如右圖所示，則壓強P1 ____P2（填“>”或“<”）。若P2= 3MPa，則T°C時該反應的平衡常數 Kp =_____MPa2

（用平衡分壓代替平衡濃度計算， 分壓=總壓×物質的量分數）。

Answer 1

【答案】 2NH3(g)+CO2=CO(NH2)(s)+H2O(l) △H=-130.98kJ/mol HCO3- CO32- Ca2++2HCO3-=CaCO3↓+CO2↑+H2O 1.3×10-7mol/L c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+) 0.2 < 4

【解析】（1）本題考查熱化學反應方程式的計算，①＋②－③得到2NH3(g)+CO2=CO(NH2)(s)+H2O(l) △H=(－159.47＋116.49－88)kJ·mol－1=－130.98kJ·mol－1；（2）①本題考查弱電解質的電離，H2CO3是二元弱酸，在水中發生電離，即H2CO3HCO3－＋H＋、HCO3－＋H2OCO32－＋H＋，因此還含有的碳元素的形式為HCO3－和CO32－；②根據為示意圖，參加反應的物質是Ca2＋和HCO3－，生成物是CaCO3和CO2，因此離子方程式為Ca2＋＋2HCO3－=CaCO3↓＋CO2↑＋H2O；（3）本題考查平衡常數的計算，忽略水的電離和HCO3－的電離，pH=8，因此溶液中c(H＋)=10－8mol·L－1，根據②溶液中c(HCO3－)=c(H＋)10－8，根據Ka1=c(H＋)×c(HCO3－)/c(H2CO3)，代入數值，得到c(H2CO3)=10－16/4.3×10－7mol·L－1，根據K=c(H2CO3)/c(CO2)，代入數值，c(CO2)=10－16/(4.3×10－7×1.8×10－3)mol·L－1=1.3×10－7mol·L－1；（4）本題考查離子濃度的大小比較以及物料守恒，根據V(CO2)和V(HCl)的關系圖，推出反應后溶液中溶質為NaHCO3和Na2CO3，且兩者物質的量相等，因此CO32－的水解程度大于HCO3－，因此離子濃度大小順序是c(Na＋)>c(HCO3－)>c(CO32－)>c(OH－)>c(H＋)，加入30mL鹽酸，氣體達到最大，即此時的溶質為NaCl，n(Na＋)=n(NaCl)=n(HCl)=30×10－3×1mol=3×10－2mol，因此n(Na2CO3)=0.01mol，n(NaHCO3)=0.01mol，即碳元素守恒，無機碳的濃度為(0.01＋0.01)/100×10－3)mol·L－1=0.2mol·L－1；（5）考查勒夏特列原理，以及平衡常數的計算，增大壓強平衡向逆反應方向移動，即甲烷的轉化率降低，即P2>P1；CO2(g) +CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)

起始： 0.1 0.1 0 0

變化： 0.05 0.05 0.1 0.1

平衡： 0.05 0.05 0.1 0.1 H2的物質的量分數為0.1/0.3=1/3，CO的物質的量分數為1/3，CH4和CO2的物質的量分數為0.05/0.3=0.5/3，Kp= = =4。