Question

二氧化碳是一种宝贵的碳氧资源．以CO₂和NH₃为原料合成尿素是固定和利用CO₂的成功范例．在尿素合成塔中的主要反应可表示如下：

反应Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H₁=a kJ?mol^-1
反应Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₂=+72.49kJ?mol^-1
总反应Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₃=-86.98kJ?mol^-1
请回答下列问题：
（1）反应Ⅰ的△H₁=

 

kJ?mol^-1（用具体数据表示）．
（2）反应Ⅱ一般在

 

情况下有利于该反应的进行．
（3）反应Ⅲ中影响CO₂平衡转化率的因素很多，下图1为某特定条件下，不同水碳比

n(H2O)

n(CO2)

和温度影响CO₂平衡转化率变化的趋势曲线．
①其他条件相同时，为提高CO₂的平衡转化率，生产中可以采取的措施是

 

（填提高或降低）水碳比．
②当温度高于190℃后，CO₂平衡转化率出现如图1所示的变化趋势，其原因是

 

．
（4）反应Ⅰ的平衡常数表达式K₁=

 

；如果起始温度相同，反应Ⅰ由在恒温容器进行改为在绝热（与外界没有热量交换）容器中进行，平衡常数K₁将

 

（填增大、减少、不变）．
（5）某研究小组为探究反应Ⅰ中影响c（CO₂）的因素，在恒温下将0.4molNH₃和0.2molCO₂放入容积为2L的密闭容器中，t₁时达到平衡过程中c（CO₂）随时间t变化趋势曲线如上图2所示．若其他条件不变，t₁时将容器体积压缩到1L，请画出t₁后c（CO₂）随时间t变化趋势曲线（t₂达到新的平衡）．
（6）由CO₂形成的熔融碳酸盐做电解质的燃料电池（MCFC），从技术发展趋势来看，是未来民用发电的理想选择方案之一．现以H₂（g）、CO（g）为燃料，以一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔混合物为电解质（如图3）．写出碳酸盐燃料电池（MCFC）正极电极反应式

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,常见化学电源的种类及其工作原理,化学平衡建立的过程,化学平衡的影响因素

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算分析；
（2）依据反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0分析；
（3）①不同水碳比

n(H2O)

n(CO2)

和温度影响CO₂平衡转化率变化的趋势曲线分析可知；
②反应Ⅲ是放热反应，升温平衡逆向进行；
（4）依据热化学方程式2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂CO₂NH₄（s）△H₁=a kJ?mol^-1 ，结合平衡常数的概念书写；
（5）图象分析二氧化碳的平衡浓度为0.025mol/L，体积缩小一半浓度增大一倍应为0.05mol/L，随反应进行达到平衡状态，因为生成物为固体，最后达到相同平衡状态，二氧化碳浓度不变，据此画出变化曲线；
（6）根据电极上得失电子书写电极反应式．

解答： 解：（1）反应Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂CO₂NH₄（s）△H₁=a kJ?mol^-1
反应Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₂=+72.49kJ?mol^-1
总反应Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₃=-86.98kJ?mol^-1
由盖斯定律总反应Ⅲ-反应Ⅱ，得到2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂CO₂NH₄（s）△H₁=a=-159.47kJ?mol^-1，
故答案为：-159.47；
（2）反应Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₂=+72.49kJ?mol^-1，∵△S＞0，△H＞0，所以依据反应自发进行的判断依据△H-T△S＜0，需要在高温下反应自发进行，故答案为：高温；
（3）①反应Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₃=-86.98kJ?mol^-1，其他条件相同时，为提高CO₂的平衡转化率，平衡正向进行，依据图象中的水碳比数据分析判断，生产中可以采取的措施是降低水碳比，二氧化碳转化率增大，故答案为：降低；
②反应Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₃=-86.98kJ?mol^-1，是放热反应，升温高于190°C，依据图象分析可知，二氧化碳转化率减小，因为温度升高，平衡逆向进行，
故答案为：温度高于190℃时，因为反应Ⅲ是放热反应，温度升高平衡向逆方向进行，CO₂的平衡转化率降低；
（4）反应Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂CO₂NH₄（s）△H₁=-159.47kJ?mol^-1，平衡常数K=

1

c(CO2)c2(NH3)

；
起始温度相同，反应Ⅰ由在恒温容器进行改为在绝热（与外界没有热量交换）容器中进行，反应是放热反应，随反应进行温度升高平衡逆向进行，平衡常数减小，
故答案为：

1

c(CO2)c2(NH3)

；减少；
（5）在恒温下将0.4mol NH₃和0.2mol CO₂放入容积为2L的密闭容器中，达到平衡时，
                2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂CO₂NH₄（s）
起始量（mol/L）  0.2       0.1           0
变化量（mol/L） 0.15       0.075
平衡量（mol/L） 0.05        0.025
t₁时达到平衡过程中c（CO₂）随时间t变化趋势曲线如图2所示．若其他条件不变，t₁时将容器体积压缩到1L，二氧化碳浓度应增大到0.05mol/L，压强增大，平衡正向进行，由于生成物是固体，所以达到平衡状态，二氧化碳浓度保持不变，据此画出变化曲线为：
，故答案为：；

（6）碳酸盐燃料电池正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，故答案为：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．

点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡影响因素分析判断，平衡常数，图象绘制与分析，电化学等掌握基础知识，有一定的综合性，题目难度中等．