Question

【题目】CO2是温室气体，研究CO2的应用对促进低碳生活具有重要意义。

(1)1922年德国工业化生产尿素

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写出用NH3和CO2合成尿素总反应的热化学方程式_________；按照酸碱质子理论，能接受H+的物质为碱，现常温下溶液中存在反应：NH3+NH2COOHNH2COONH4（K=1×1010），则该溶液中碱性强弱为：NH3____NH2COONH4（填“强于”、“弱于”、“相等”或“不能确定”）。

②在一个体积恒为1L的恒温密闭容器中充入2molCO2和4molNH3的混合气体，经历反应Ⅰ、Ⅱ合成CO(NH2)2，混合气体中的氨气体积分数及气体总浓度随时间变化如下图所示。

对于反应Ⅰ：A点的正反应速率与B点的逆反应速率的大小关系是：v_______v（填“>”“<”或“=”）。当温度升高时，平衡常数K1值的变化趋势为__________，在B点氨气的转化率为_________；

对于反应Ⅱ：从动力学分析，选用合适正催化剂可以使该反应活化能_______（“增大”“减小”或“不变”）

(2)利用二氧化碳制备乙烯

用惰性电极电解强酸性二氧化碳水溶液可得到乙烯，其原理如下图所示。

①b电极上的电极反应式为______________；

②该装置中使用的是___________（填“阴” 或“阳”）离子交换膜。

Answer 1

【答案】 2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH=-87.00kJ·mol-1 强于 > 逐渐减小 75% 减小 2CO2+12e-+12H+=C2H4+H2O 阳

【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

则根据盖斯定律可知Ⅰ+Ⅱ即得到用NH3和CO2合成尿素应的热化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH=-87.00kJ·mol-1；根据NH3+NH2COOHNH2COONH4（K=1×1010）可知氨气能结合羧基电离出的氢离子，所以碱性：NH3强于NH2COONH4。②根据图像可知B点反应达到平衡状态，A点在B点之前，所以对于反应Ⅰ：A点的正反应速率大于B点的逆反应速率。第一步反应是放热反应，当温度升高时平衡向逆反应方向进行，所以平衡常数K1值的变化趋势为逐渐减小；则根据B点平衡时氨气为50%，气体总浓度是2mol/L，所以氨气的平衡浓度是2mol×50%＝1mol/L，所以消耗氨气是3mol/L，因此B点氨气的转化率为3/4×100%＝75%；对于反应Ⅱ：从动力学分析，选用合适正催化剂可以使该反应活化能减小。

(2)①b电极与电源的负极相连，作阴极，溶液中的CO2得到电子转化为乙烯，溶液显酸性，因此阴极上的电极反应式为2CO2+12e-+12H+=C2H4+H2O；②为了防止氢氧根离子与CO2反应，因此该装置中使用的是阳离子交换膜。