1.

CO2是一种温室气体,对人类的生存环境产生巨大的影响,将CO2作为原料转化为有用化学品,对实现碳中和及生态环境保护有着重要意义。

Ⅰ.工业上以CO2和NH3为原料合成尿素,在合成塔中存在如下转化:

(1)液相中,合成尿素的热化学方程式为:2NH3(l)+CO2(l)=H2O(l)+NH2CONH2(l)   △H=________kJ/mol。

(2)在恒容密闭容器中发生反应:2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H<0,下列说法错误的是________。

A. 反应在任何温度下都能自发进行
B. 增大CO2的浓度,有利于NH3的转化率增大
C. 当混合气体的密度不再发生改变时反应达平衡状态
D. 充入He,压强增大,平衡向正反应移动

Ⅱ.由制备甲醇是当今研究的热点之一。

(3)在一定条件下,向0.5L恒容密闭容器中充入xmolCO2和ymolH2 , 发生反应CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)   △H3=-50kJ·mol1

①若x=1、y=3,测得在相同时间内,不同温度下H2的转化率如图1所示,T2时,若起始压强为10atm,Kp=________atm2(结果保留一位小数,Kp为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。

②已知速率方程v=kc(CO2)•c3(H2),v=kc(CH3OH)•c(H2O),k、k是速率常数,只受温度影响,图2表示速率常数k、k的对数lgk与温度的倒数之间的关系, A、B、D、E分别代表图1中a点、c点的速率常数,点________表示c点的lgk

(4)我国科学家设计出如图装置实现CO2的转化,可有效解决温室效应及能源问题,总反应为CO2+NaClCO+NaClO。忽略气体在溶液中的溶解及溶液的体积变化。

①电极II的电极反应式为________;

②理论上转化44gCO2 , 左室溶液质量增重 ________。

【考点】
电解池工作原理及应用;
【答案】

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1. 碳排放问题是第26届联合国气候变化大会讨论的焦点。我国向国际社会承诺2030年“碳达峰”,2060年实现“碳中和”。为了实现这个目标,加强了对CO2转化的研究。下面是CO2转化为高附加值化学品的反应。相关反应的热化学方程式如下:

反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g) △H1

反应Ⅱ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2=-90.0kJ·mol-1

反应Ⅲ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H3=-49.0kJ·mol-1

反应Ⅳ:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) △H4=-165.0kJ·mol-1

反应Ⅴ:2CO2g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H5=-122.7kJ·mol-1

回答下列问题:

(1) 反应Ⅲ一般认为通过反应Ⅰ、Ⅱ来实现,则反应Ⅰ的△H1=kJ·mol-1;已知:由实验测得反应Ⅰ的v=kc(CO2)·c(H2),v=k·c(H2O)·c(CO)(k、k为速率常数,与温度、催化剂有关)。若平衡后升高温度,则=(填“增大”、“不变”或“减小”)。
(2) 在2L恒容密闭容器中充入总物质的量为8mol的CO2和H2发生反应Ⅲ,改变氢碳比 , 在不同温度下反应达到平衡状态,测得的实验数据如表:

温度/K

CO2转化率

500

600

700

800

1

45

33

20

12

2

60

43

28

15

3

83

62

40

22

①下列说法中正确的是(填英文字母)。

A.增大氢碳比,平衡正向移动,平衡常数增大

B.v(CH3OH)=v(CO2)时,反应达到平衡

C.当混合气体平均摩尔质量不变时,达到平衡

D.当混合气体密度不变时,达到平衡

②在700K、氢碳比为3.0的条件下,某时刻测得容器内CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量分别为2mol、2mol、1mol和1mol,则此时正反应速率和逆反应速率的关系是(填英文字母)。

A.v(正)>v(逆)             B.v(正)<v(逆)       C.(正)=r(逆)          D.无法判断

(3) CO2在一定条件下催化加氢生成CH3OH,主要发生三个竞争反应(即反应Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ),为分析催化剂对反应的选择性,在1L恒容密闭容器中充入2.0molCO2和5.3molH2 , 测得反应进行相同时间后,有关物质的物质的量随温度变化如图所示:

①该催化剂在较低温度时主要选择反应(“Ⅲ”或“Ⅳ”或“Ⅴ”)。研究发现,若温度过高,三种含碳产物的物质的量会迅速降低,其主要原因可能是:

②在一定温度下达到平衡,此时测得容器中部分物质的含量为:n(CH4)=0.1mol,n(C2H4)=0.4mol,n(CH3OH)=0.5mol。则该温度下反应Ⅲ的平衡常数K(Ⅲ)=L2/mol2(保留两位小数)。

(4) 常温下,用NaOH溶液作CO2捕捉剂不仅可以降低碳排放,而且可得到重要的化工产品Na2CO3。欲用1LNa2CO3溶液将2.33gBaSO4固体全都转化为BaCO3 , 则所用的Na2CO3溶液的物质的量浓度至少为mol/L(已知:常温下Ksp(BaSO4)=1×10-11 , Ksp(BaCO3)=1×10-10。忽略溶液体积的变化,保留两位有效数字)。
(5) 研究人员研究出一种方法,可实现水泥生产时CO2零排放,其基本原理如图所示。温度小于900℃时进行电解反应,碳酸钙先分解为CaO和CO2 , 电解质为熔融碳酸钠,阳极的电极反应式为2CO-4e-=2CO2↑+O2↑,则阴极的电极反应式为

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