Question

6．碳及其化合物廣泛存在于自然界．請(qǐng)回答下列問題：
（1）以CO₂與NH₃為原料可合成尿素[CO（NH₂）₂]．已知：
①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂COONH₄（s）△H=-159.47KJ•mol^-1
②NH₂COONH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.49KJ•mol^-1
③H₂O（l）═H₂O（g）△H=+88.0KJ•mol^-1
寫出NH₃和CO₂合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式2NH₃（g）+CO₂=CO（NH₂）（s）+H₂O（l）△H=-130.98kJ/mol．
（2）海洋是地球上碳元素的最大“吸收池”．
①溶于海水中的CO₂主要以四種無機(jī)碳形式存在，即：CO₂、H₂CO₃、HCO₃^-、CO₃^2-．
②在海洋碳循環(huán)中，可通過圖1所示的途徑固碳．寫出鈣化作用的離子方程式Ca²⁺+2HCO₃^-=CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O．

（3）常溫常壓下，空氣中的CO₂溶于水中達(dá)到平衡時(shí)，其轉(zhuǎn)化關(guān)系如下：
①CO₂+H₂O?H₂CO₃   K=1.8×10^-3
②H₂CO₃?H⁺+HCO₃^-   K_a1=4.3×10^-7，
③HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-    K_a2=5.6×10^-11，
通常情況下，海水的pH約為8，若忽略水的電離及H₂CO₃的第二級(jí)電離，則溶液中c（CO₂）=1.3×10^-7mol/L mol/L．（保留兩位有效數(shù)字）
（4）為了測(cè)量某湖水中無機(jī)碳含量，量取100mL湖水，酸化后用 N₂吹出CO₂，再用NaOH溶液吸收．用1.0mol/L鹽酸滴定吸收液，生成的V（CO₂）隨V（鹽酸） 變化關(guān)系如圖2所示，則吸收液中離子濃度由大到小的順序?yàn)閏（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），湖水中無機(jī)碳的濃度為0.2mol/L．
（5）用CO₂和天然氣可以制備CO和H₂，CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．密閉容器中濃度均為0.1mol/L的CH₄與CO₂，在一定條件下反應(yīng)，測(cè)得CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖3所示，則壓強(qiáng)P₁＜P₂（填“＞”或“＜”）．若P₂=3MPa，則T°C時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù) K_p=4MPa²
（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算①+②-③得到CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（2）①二氧化碳溶于水生成碳酸，碳酸為弱酸，部分電離生成碳酸氫根；
②由圖可知：此過程碳酸氫根轉(zhuǎn)化生成碳酸鈣，據(jù)此書寫方程式；
（3）①CO₂+H₂O?H₂CO₃ K=1.8×10^-3
②H₂CO₃?H⁺+HCO₃^- K_a1=4.3×10^-7，
K₁=$\frac{c（{H}_{2}C{O}_{3}）}{c（C{O}_{2}）}$=1.8×10^-3，
K₂=$\frac{c（{H}^{+}）c（HC{{O}_{3}}^{-}）}{c（{H}_{2}C{O}_{3}）}$=4.3×10^-7，
K₁×K₂=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{c（C{O}_{2}）}$=1.8×10^-3×4.3×10^-7，
計(jì)算得到c（CO₂）；
（4）為了測(cè)量某湖水中無機(jī)碳含量，量取100mL湖水，酸化后用 N₂吹出CO₂，再用NaOH溶液吸收，圖象分析可知，生成碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液，碳酸鈉和碳酸氫鈉物質(zhì)的量之比為1：1，生成二氧化碳?xì)怏w消耗鹽酸體積20ml，依據(jù)原理NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O解答即可；
（5）該反應(yīng)正向?yàn)轶w積增大的方向，壓強(qiáng)越大，CH₄的轉(zhuǎn)化率越��；壓強(qiáng)為P₂時(shí)，在Y點(diǎn)反應(yīng)未達(dá)到平衡，則反應(yīng)正向移動(dòng)；根據(jù)轉(zhuǎn)化率計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的平衡濃度，利用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積得到平衡常數(shù)；

解答 解：（1）①2NH₃（g）+CO₂（g）→NH₂CO₂ NH₄（s）-l59.47kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）→CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）+116.49kJ•mol^-1
③H₂O（l）→H₂O（g）+88.0kJ•mol^-1
依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算①+②-③得到CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-130.98KJ/mol；
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-130.98KJ/mol；
（2）①二氧化碳溶于水生成的碳酸為弱酸，部分電離生成碳酸氫根，有關(guān)方程式為：CO₂+H₂O?H₂CO₃，H₂CO₃?H⁺+HCO₃^-，溶于海水中的CO₂主要以四種無機(jī)碳形式存在，即：CO₂、H₂CO₃、HCO₃^-、CO₃^2-，
故答案為：HCO₃^-、CO₃^2-；
②反應(yīng)物中含有碳酸氫根，生成物為碳酸鈣，依據(jù)元素守恒以及電荷守恒得出方程式為：
2HCO₃^-+Ca²⁺=CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O，
故答案為：2HCO₃^-+Ca²⁺=CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
（3）①CO₂+H₂O?H₂CO₃ K=1.8×10^-3
②H₂CO₃?H⁺+HCO₃^- K_a1=4.3×10^-7，
K₁=$\frac{c（{H}_{2}C{O}_{3}）}{c（C{O}_{2}）}$=1.8×10^-3，
K₂=$\frac{c（{H}^{+}）c（HC{{O}_{3}}^{-}）}{c（{H}_{2}C{O}_{3}）}$=4.3×10^-7，
K₁×K₂=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{c（C{O}_{2}）}$=1.8×10^-3×4.3×10^-7，
c（CO₂）=$\frac{（1{0}^{-8}）^{2}}{1.8×1{0}^{-3}×4.3×1{0}^{-7}}$=1.3×10^-7mol/L，
故答案為：1.3×10^-7mol/L；
（4）為了測(cè)量某湖水中無機(jī)碳含量，量取100mL湖水，酸化后用 N₂吹出CO₂，再用NaOH溶液吸收，圖象分析可知，生成碳酸氫鈉溶液和碳酸鈉溶液，二者物質(zhì)的量之比為1：1，溶液中離子濃度大小為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl，生成二氧化碳?xì)怏w消耗鹽酸體積20ml，此反應(yīng)原理為：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，即碳酸氫鈉與鹽酸的物質(zhì)的量之比為1：1，那么海水中碳酸氫鈉的濃度為c，體積均為100mL，則c=$\frac{0.02L×1mol/L}{0.1L}$=0.2mol/L，
故答案為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；0.2；
（5）該反應(yīng)正向?yàn)轶w積增大的方向，壓強(qiáng)越大，CH₄的轉(zhuǎn)化率越小，已知相同溫度下，P₁條件下的轉(zhuǎn)化率大于P₂，則P₁小于P₂，壓強(qiáng)為P₂時(shí)，在Y點(diǎn)反應(yīng)未達(dá)到平衡，則反應(yīng)正向移動(dòng)，所以v（正）大于v（逆）；
在Y點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下的甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則
                       CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）
起始（mol/L） 0.1              0.1            0               0
轉(zhuǎn)化（mol/L）0.05             0.05           0.1           0.1
平衡（mol/L）0.05            0.05           0.1             0.1
所以平衡常數(shù)Kp=$\frac{（3×\frac{0.1}{0.3}）^{2}（3×\frac{0.1}{0.3}）^{2}}{（3×\frac{0.05}{0.3}）×（3×\frac{0.05}{0.3}）}$=4；
故答案為：＜；4．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、蓋斯定律的應(yīng)用、平衡的移動(dòng)、離子濃度大小比較等，題目涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，題目難度中等．