Question

18．減少CO₂的排放以及CO₂的資源化利用具有重要意義．

（1）H₂NCOONH₄是工業(yè)合成尿素[CO（NH₂）₂]的中間產物，該反應的能量變化示意圖如圖甲所示，用CO₂和氨氣合成尿素的熱化學方程式為CO₂（g）+2NH₃（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134kJ/mol．
（2）用氨水捕集煙氣中的CO₂生成銨鹽，是減少CO₂排放的可行措施之一．
①寫出氨水捕集煙氣中的CO₂生成碳酸氫銨的主要化學方程式CO₂+NH₃．H₂O=NH₄HCO₃．
②分別用不同pH的吸收劑吸收煙氣中的CO₂，CO₂脫除效率與吸收劑的pH關系如圖乙所示，煙氣中CO₂的含量為12%，煙氣通入氨水的流量為0.052m³/h（標準狀況），用pH為12.81的氨水吸收煙氣30min，脫除的CO₂的物質的量最多為0.13mol（精確到0.01）．
③通常情況下溫度升高，CO₂脫除效率提高，但高于40℃時，脫除CO₂效率降低的主要原因是碳酸氫銨受熱易分解生成CO₂．

（3）將CO₂和甲烷重整制合成氣（CO和H₂）是CO₂資源化利用的有效途徑．合成氣用于制備甲醇的反應為2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90kJ/mol．在T₁℃時，容積相同的甲、乙、丙三個恒容密閉容器中，按不同方式投入反應物，測得反應過程如下圖所示．

容器	甲	乙	丙
起始反應物投入量	2molH2、1molCO	1molCH3OH	2mol CH3OH

①能代表丙反應的曲線是I（選填I、II），a、b點的壓強關系為Pa＞Pb（填＞、＜、=），理由是平衡時a點甲醇的物質的量分數小，則總物質的量大．
②b點時反應吸收的能量為11.25kJ．

Answer 1

分析 （1）用CO₂和氨氣合成尿素，由圖可知放熱為（272kJ-138kJ）=134kJ；
（2）①氨水捕集煙氣中的CO₂生成碳酸氫銨，由反應物、生成物書寫化學方程式；
②由圖可知，pH為12.81的氨水吸收煙氣時脫除的CO₂的效率為91.6%，設脫除的CO₂的物質的量最多為x，則$\frac{x}{12%}$=$\frac{0.052×1{0}^{3}L/h×0.5h}{22.4L/mol}$×91.6%；
③碳酸氫銨不穩(wěn)定，受熱易分解；
（3）①由表格數據可知，均極限轉化為甲醇時，甲、乙中起始量相同，丙中最大，且圖中曲線I平衡時甲醇含量大；物質的量越大、壓強越大；
②b點時甲醇物質的量分數為0.7，則
         CH₃OH（g）?2H₂（g）+CO（g）
開始       1                     0             0
轉化      x                       2x           x
平衡   1-x                     2x             x
$\frac{1-x}{1-x+2x+x}$=0.7，解得x=$\frac{1}{8}$mol，結合物質的量與熱量成正比來解答．

解答 解：（1）由圖可知放熱為（272kJ-138kJ）=134kJ，則CO₂和氨氣合成尿素熱化學方程式為CO₂（g）+2NH₃（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+2NH₃（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134kJ/mol；
（2）①氨水捕集煙氣中的CO₂生成碳酸氫銨，化學方程式為CO₂+NH₃．H₂O=NH₄HCO₃，
故答案為：CO₂+NH₃．H₂O=NH₄HCO₃；
②由圖可知，pH為12.81的氨水吸收煙氣時脫除的CO₂的效率為91.6%，設脫除的CO₂的物質的量最多為x，由CO₂+NH₃．H₂O=NH₄HCO₃可知，
則$\frac{x}{12%}$=$\frac{0.052×1{0}^{3}L/h×0.5h}{22.4L/mol}$×91.6%，解得x=0.13mol，
故答案為：0.13mol；
③通常情況下溫度升高，CO₂脫除效率提高，但高于40℃時，脫除CO₂效率降低的主要原因是碳酸氫銨受熱易分解生成CO₂，
故答案為：碳酸氫銨受熱易分解生成CO₂；
（3）①由表格數據可知，均極限轉化為甲醇時，甲、乙中起始量相同，丙中最大，且圖中曲線I平衡時甲醇含量大，則能代表丙反應的曲線是I；物質的量越大、壓強越大，2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）為氣體體積減小的反應，a點甲醇的物質的量分數小，則總物質的量大，即Pa＞Pb，
故答案為：I；＞；平衡時a點甲醇的物質的量分數小，則總物質的量大；
②b點時甲醇物質的量分數為0.7，則
         CH₃OH（g）?2H₂（g）+CO（g）△H=+90kJ/mol
開始       1                     0             0
轉化      x                       2x           x
平衡   1-x                     2x             x
$\frac{1-x}{1-x+2x+x}$=0.7，解得x=$\frac{1}{8}$mol，
可知b點時反應吸收的能量為$\frac{1}{8}$mol×90kJ/mol=11.25kJ，
故答案為：11.25．

點評 本題考查較綜合，涉及熱化學方程式、化學平衡計算、平衡移動等，為高頻考點，把握圖象及表格數據、化學反應原理的應用為解答的關鍵，側重分析與應用能力的綜合考查，綜合性較強，題目難度中等．