Question

12．二氧化碳的捕集、利用與封存（CCUS）是我國能源領域的一個重要戰(zhàn)略方向．
（1）CO₂經(jīng)催化加氫可合成低碳烯烴：
2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）
在0.1MPa時，按n（CO₂）：n（H₂）=1：3投料，不同溫度（T）下，平衡時的四種氣態(tài)物質的物質的量（n）的關系如圖1所示．則該反應的焓變△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”=；曲線c表示的物質為C₂H₄；隨著溫度的升高，該反應的化學平衡常數(shù)變化趨勢是減�。ㄌ顚憽霸龃蟆�、“不變”或“減小”）．
（2）在強酸性的電解質水溶液中，惰性材料做電極，電解CO₂可得到多種燃料，其原理如圖2所示．則太陽能電池的負極為a（填“a”或“b”）極，電解時，生成丙烯的電極反應式是3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O．
（3）以CO₂為原料制取碳黑（C）的太陽能工藝如圖3所示．則過程2中發(fā)生反應的化學方程式為6FeO（S）+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄（S）+C；過程l中每消耗1mol Fe₃O₄轉移電子的物質的量為2mol．
（4）一定量CO₂溶于NaOH溶液中恰好得到25mL0.1000mol/LNa₂CO₃溶液，在常溫下用0.1000mol/L的鹽酸對其進行滴定，所得滴定曲線如圖4所示．C點所得溶液中各種離子的物質的量濃度由大到小的排列順序是c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
（5）以NH₃與CO₂為原料合成尿素[化學式為CO（NH₂）₂]的主要反應如下：
①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.5kJ/mol
②NH₂CO₂NH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ/mol
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol
則CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學方程式為2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；

Answer 1

分析 （1）由曲線變化可知隨著溫度升高，氫氣的物質的量逐漸增多，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應放熱；根據(jù)反應物和生成物的物質的量變化及反應中計量數(shù)的關系可知，a為CO₂的變化曲線，水的計量數(shù)是乙烯的計量數(shù)的4倍，據(jù)此判斷c曲線，溫度升高，吸熱方向的平衡常數(shù)增大，據(jù)此判斷；
（2）太陽能電池中光能轉化為電能，電解強酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，電能轉化為化學能；二氧化碳在連接電源a極的電極上得電子發(fā)生還原反應生成乙烯，a為電源負極，b為電源的正極；正極的電極反應式為：3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O；
（3）根據(jù)圖知，發(fā)生反應：過程2中發(fā)生反應的化學方程式為6FeO（S）+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄（S）+C；過程1中發(fā)生反應的化學方程式為2Fe₃O₄ $\frac{\underline{\;＞2300\;}}{\;}$6FeO+O₂↑，每消耗2molFe₃O₄轉移電子的物質的量為4mol，所以每消耗1molFe₃O₄轉移電子的物質的量為2mol；
（4）一定量CO₂溶于NaOH溶于中恰好得到25mL0.1000mol/LNa₂CO₃溶液，在常溫下用0.1000mol/L的鹽酸對其進行滴定，c點時n（HCl）=0.1mol/L×0.025L=0.0025mol，恰好完全反應生成等物質的量的NaHCO₃和NaCl，所以離子濃度大小為：c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（5）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算①+②-③得到CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學反應方程式．

解答 解：（1）由曲線變化可知隨著溫度升高，氫氣的物質的量逐漸增多，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應放熱，△H＜0，隨著溫度升高，氫氣的物質的量逐漸增多，因氫氣為反應物，則另一條逐漸增多的曲線為CO₂，由計量數(shù)關系可知b為水，c為C₂H₄的變化曲線，隨著溫度的升高，該反應向逆反應方向移動，所以反應的化學平衡常數(shù)減小，
故答案為：＜；C₂H₄；減小；
（2）太陽能電池中光能轉化為電能，電解強酸性的二氧化碳水溶液得到乙烯，電能轉化為化學能；二氧化碳在連接電源a極的電極上得電子發(fā)生還原反應生成乙烯，a為電源負極，b為電源的正極；正極的電極反應式為：3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O，
故答案為：a；3CO₂+18H⁺+18e^-=C₃H₆+6H₂O；
（3）根據(jù)圖知，發(fā)生反應：過程2中發(fā)生反應的化學方程式為6FeO（S）+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄（S）+C；過程1中發(fā)生反應的化學方程式為2Fe₃O₄ $\frac{\underline{\;＞2300\;}}{\;}$6FeO+O₂↑，每消耗2molFe₃O₄轉移電子的物質的量為4mol，所以每消耗1molFe₃O₄轉移電子的物質的量為2mol，
故答案為：6FeO（S）+CO₂$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe₃O₄（S）+C；2mol；
（4）一定量CO₂溶于NaOH溶于中恰好得到25mL0.1000mol/LNa₂CO₃溶液，在常溫下用0.1000mol/L的鹽酸對其進行滴定，c點時n（HCl）=0.1mol/L×0.025L=0.0025mol，恰好完全反應生成等物質的量的NaHCO₃和NaCl，所以離子濃度大小為：c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（5）①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂ NH₄（s）△H=+l59.5kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=-116.5kJ•mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-1
由熱化學方程式和蓋斯定律計算①+②-③得到CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學反應方程式為2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol，
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol．

點評 本題考查化學平衡圖象、原電池和電解池原理、氧化還原反應有關計算、離子濃度大小比較和蓋斯定律的應用等，（4）中關鍵是判斷各點溶液中溶質，難度較大．