Question

11．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）△H₁=-159.50kJ•mol^-1
Ⅱ：NH₃COONH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₂=+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2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=-87.00kJ•mol^-1；
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+NH₂COOH?NH₂COONH₄（K=1×10¹⁰），则该溶液中碱性强弱为：NH₃强于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图1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_正（A）＞v_逆（B）（填“＞”“＜”或“=”）．
当温度升高时，平衡常数K₁值的变化趋势为逐渐减小，在B点氨气的转化率为50%；
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（“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，其原理如图2所示．
①b电极上的电极反应式为2CO₂+12e^-+12H⁺=C₂H₄+H₂O；
②该装置中使用的是阳（填“阴”或“阳”）离子交换膜．

Answer 1

分析 （1）①根据盖斯定律将方程式I+II得NH₃和CO₂合成尿素总反应的热化学方程式，焓变进行相应的改变；
按照酸碱质子理论，能接受H⁺的物质为碱，根据接受H⁺的难易程度确定碱性强弱；
②化学反应速率与物质浓度成正比，物质浓度越大其化学反应速率越快；该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，生成物浓度减小、反应物浓度增大；
B点氨气的体积分数为50%，设参加反应的CO₂物质的量浓度为xmol/L，
2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=-87.00kJ•mol^-1
开始 4          2                                            0
反应2x      x                                             x
平衡4-2x   2-x                                          x
平衡时氨气体积分数等于其物质的量浓度分数=$\frac{4-2x}{4-2x+2-x+x}$×100%=50%，x=1；
催化剂降低反应所需活化能；
（2）①根据图知，a电极上电解水生成氧气和氢离子，b电极上二氧化碳得电子和氢离子反应生成乙烯和水；
②根据a电极生成氢离子、b电极需要氢离子，a电极产生的氢离子需要通过离子交换膜进入b电极分析．

解答 解：（1）①将方程式I+II得NH₃和CO₂合成尿素总反应的热化学方程式为：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=-87.00kJ•mol^-1；
根据方程式知，反应中氨气接受氢离子生成铵根离子，按照酸碱质子理论，能接受H⁺的物质为碱，可根据接受H⁺的难易程度确定碱性强弱，所以氨气碱性强于NH₂COONH₄，
故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=-87.00kJ•mol^-1；强于；
②化学反应速率与物质浓度成正比，物质浓度越大其化学反应速率越快，A点氨气体积分数大于B点，说明A点氨气浓度大于B点，所以反应速率v_正（A）＞v_逆（B）；该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，生成物浓度减小、反应物浓度增大，所以化学平衡常数减小；
B点氨气的体积分数为50%，设参加反应的CO₂物质的量浓度为xmol/L，
      2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）
开始  4               2                                            0
反应 2x              x                                            x
平衡 4-2x         2-x                                           x
平衡时氨气体积分数等于其物质的量浓度分数=$\frac{4-2x}{4-2x+2-x+x}$×100%=50%，x=1，则在B点氨气的转化率为：$\frac{1mol×2}{4mol-2mol}$×100%=50%，
催化剂减小反应所需活化能，
故答案为：＞； 逐渐减小；50%；减小；
（2）①根据图知，a电极上电解水生成氧气和氢离子，b电极上二氧化碳得电子和氢离子反应生成乙烯和水，b电极上的电极反应式为：2CO₂+12e^-+12H⁺=C₂H₄+H₂O，
故答案为：2CO₂+12e^-+12H⁺=C₂H₄+H₂O；
②a电极生成氢离子、b电极需要氢离子，所以a电极产生的氢离子需要通过离子交换膜进入b电极，所以该装置中使用的是阳离子交换膜，
故答案为：阳．

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡的计算、反应热与焓变的应用、电解原理等知识，题目难度中等，明确化学平衡及其影响为解答关键，注意掌握盖斯定律的内容及应用方法，试题培养了学生的灵活应用能力．