题目内容

【题目】我国政府承诺,到2020年,单位GDP CO2排放量比2005年下降40%45%。请回答下列问题:

(1)利用太阳能工艺可将Fe3O4转化为FeO,然后利用FeO捕获CO2可得炭黑,其流程如上图所示。该循环中Fe3O4可视为_______(填“催化剂”、“中间产物”),过程2捕获1mo1CO2转移电子的物质的量是_______mol

(2)CO2NH3为原料合成尿素[CO(NH2)2],反应如下:

2NH3(g)CO2(g)H2NCOONH4(s) ΔH=-1595kJ·mol1

H2NCOONH4 (s)CO(NH2)2(s)H2O(g) ΔH=+1165kJ·mol1

H2O(l)H2O(g) ΔH=+44.0kJ·mol1

CO2(g)NH3(g)合成尿素和液态水的热化学方程式_______________________

(3)CH4-CO2催化重整可以得到燃料COH2。一定条件下在恒容的密闭容器中发生反应:CO2(g)CH4(g)2CO(g)2H2(g)能够说明上述反应已达到平衡状态的是______(填字母序号)。

ACO2CH4的浓度相等

Bv(CO2)2v(CO)

C.每断裂4molCH键的同时,断裂2molHH

D.容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变

E.容器中混合气体的密度保持不变

(4)CO2是一种温室气体,但其本身无毒,处理废气时常将一些有毒物质转化为CO2。一定温度下,在三个容积均为2.0 L的密闭容器中发生反应:2NO(g)2CO(g)N2(g)2CO2(g)

不同温度下,容器中各物质起始和平衡时的物质的量如下表所示:

容器

温度/℃

起始物质的量/mol

平衡时物质的量/mol

NO(g)

CO(g)

CO2

50

0.2

0.2

0.12

100

0.2

0.2

0.1

100

0.3

0.3

下列说法正确的是___________

A.该反应的正反应为吸热反应

B50℃时,若起始时向甲中充入0.1 mol N20.2 mol CO2,则达平衡时N2的转化率为40%

C100℃时,若起始时向乙中充入的NOCON2CO2均为0.40 mol,则此时vv

D.达到平衡时,丙中CO2的体积分数比乙中的小

【答案】催化剂 4 2NH3(g)CO2(g) = CO(NH2)2(s)H2O(l) △H=474 kJ·mol-1 CD BC

【解析】

(1) 利用太阳能工艺可将Fe3O4转化为FeO,然后利用FeO捕获CO2可得炭黑,结合流程图写出反应的总反应,据此分析解答;

(2)首先写出CO2(g)NH3(g)合成尿素的化学方程式,再根据盖斯定律分析解答;

(3)反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等,各物质的浓度、百分含量不变,据此分析判断;

(4)A.根据温度对平衡的影响分析判断;B.50℃时,起始甲中充入0.1molN20.2molCO2所达到的平衡状态与50℃时,起始甲中充入0.2molNO0.2molCO所达到的平衡状态是等效平衡,利用甲的反应三段式计算;C.根据乙的反应三段式计算平衡常数K,结合浓度商QcK的关系判断反应进行的方向;D.同比增大NOCO的浓度,相当于加压,根据增大压强对化学平衡的影响分析判断。

(1)利用太阳能工艺可将Fe3O4转化为FeO,然后利用FeO捕获CO2可得炭黑,由流程图可知总反应为CO2C+O2,在500℃条件下,过程2CO2FeO发生反应生成的Fe3O4是过程1中的反应物,所以该循环中Fe3O4可视为催化剂,过程2的反应为6FeO+CO2=2Fe3O4+CC的化合价降低4,即转移4e-,所以捕获1mo1CO2转移电子的物质的量为4mol,故答案为:催化剂;4

(2)CO2(g)NH3(g)合成尿素的化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s) +H2O(l);①2NH3(g)+CO2(g)═H2NCOONH4(s) H=-1595kJmol-1,②H2NCOONH4 (s)═CO(NH2)2(s)+H2O(g) H=+1165kJmol-1,③H2O(l)═H2O(g) H=+44.0kJmol-1,根据盖斯定律,将①+-③得:2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s) +H2O(l) H=-1595kJmol-1+(+1165kJmol-1) -(+44.0kJmol-1)=-474 kJmol-1,即2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) H=-474 kJmol-1 ,故答案为:2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) H=-474 kJmol-1

(3)A.反应达到平衡时,CO2CH4的浓度不变,但不一定相等,所以该状态不能判定反应达到平衡状态,故A错误;B.反应达到平衡时v(CO2)v(CO)=12,即2v(CO2)=v(CO),所以v(CO2)=2v(CO)的状态不是平衡状态,实际上此时反应正向进行,故B错误;C.每断裂4molC-H键的同时,断裂2molH-H键,即2v(CH4)=v(H2),符合v(CH4)v(H2)=12,说明正逆反应速率相等,为平衡状态,故C正确;D.反应体系中各物质均为气体,混合气体的总质量不变,气体总物质的量n是变化的,根据M=可知,容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变的状态是平衡状态,故D正确;E.反应体系中各物质均为气体,混合气体的总质量不变,所以恒温恒容条件下容器中混合气体的密度ρ=始终保持不变,不能判定反应是否达到平衡状态,故E错误;故答案为:CD

(4)A.将甲的平衡状态升温到100℃时,n(CO2)减少,说明升高温度,平衡逆向移动,正反应放热,故A错误;

B.

50℃时,若起始甲中充入0.1molN20.2molCO2达到的平衡状态与起始甲中充入0.2molNO0.2molCO所达到的平衡状态是等效平衡,即达到平衡状态时c(N2)=0.03mol/Ln(N2)=0.06mol,所以达平衡时N2的转化率=×100%=40%,故B正确;

C.100℃时,

平衡常数K==10,若起始时向乙中充入的NOCON2CO2均为0.40mol,即浓度均为0.2mol/L时,浓度商Qc==510=K,所以反应正向进行,此时vv,故C正确;

D.反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)正向气体体积减小,增大压强时平衡正向移动,c(CO2)增大,丙容器反应体系相当于乙容器加压,平衡正向移动,c(CO2)增大,所以达到平衡时,丙中CO2的体积分数比乙中的大,故D错误;故答案为:BC

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