7.化學(xué)反應(yīng)原理在工業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要的意義.
(1)工業(yè)生產(chǎn)可以用NH3(g)與CO2(g)經(jīng)兩步反應(yīng)生成尿素,兩步反應(yīng)的能量變化示意圖如下:

則NH3(g)與CO2(g)反應(yīng)生成尿素的熱化學(xué)方程式為2NH3(g)+CO2(g)═CO(NH22(s)+H2O(l)△H=-134 kJ/mol.
(2)已知反應(yīng)Fe(s)+CO2(g)?FeO(s)+CO(g)△H=a kJ•mol-1.測得在不同溫度下,該反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度的變化如下:
溫度(℃)500700900
K1.001.472.40
①該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K的表達(dá)式為$\frac{c(CO)}{c(C{O}_{2})}$,a>0(填“>”、“<”或“=”).在500℃2L密閉容器中進行反應(yīng),F(xiàn)e和CO2的起始量均為4mol,則5min后達(dá)到平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率為50%,生成CO的平均速率v(CO)為0.2mol/(Lmin).
②700℃反應(yīng)達(dá)到平衡后,要使反應(yīng)速率增大且平衡向右移動,可采取的措施有增加CO2的量或者升高溫度.
(3)利用CO與H2可直接合成甲醇,下圖是由“甲醇-空氣”形成的綠色燃料電池的工作原理示意圖,寫出以石墨為電極的電池工作時負(fù)極的電極反應(yīng)式CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+,利用該電池電解1L 0.5mol/L的CuSO4溶液,當(dāng)消耗560mLO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)時,電解后溶液的pH=1(溶液電解前后體積的變化忽略不計).

分析 (1)由圖示可知,兩步反應(yīng)的完成的熱效應(yīng)與一步完成的熱效應(yīng)是相同的,將兩個反應(yīng)相加可得;
(2)①化學(xué)平衡常數(shù),是指在一定溫度下,可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時各生成物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積所得的比值,據(jù)此書寫反應(yīng)①的平衡常數(shù),注意固體不需要寫出;由表中數(shù)據(jù)可知,對于反應(yīng)①,溫度越高平衡常數(shù)越大,說明升高溫度平衡向正反應(yīng)移動,據(jù)此判斷a值的符號;
令平衡時參加反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量為xmol,利用三段式表示出平衡時各組分的物質(zhì)的量,氣體的化學(xué)計量數(shù)都為1,前后氣體的物質(zhì)的量相等,用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)計算x的值,再利用轉(zhuǎn)化率定義計算二氧化碳的轉(zhuǎn)化率;根據(jù)參加反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量計算生成的CO的物質(zhì)的量,再根據(jù)v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計算v(CO);
②根據(jù)平衡移動原理進行分析解答;
(3)負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),根據(jù)電子守恒求消耗的氫氧根離子濃度.

解答 解:(1)由圖示可知,兩步反應(yīng)的完成的熱效應(yīng)與一步完成的熱效應(yīng)是相同的,將兩個反應(yīng)相加可得2NH3(g)+CO2(g)═CO(NH22(s)+H2O(l)△H=-134 kJ/mol,
故答案為:2NH3(g)+CO2(g)═CO(NH22(s)+H2O(l)△H=-134 kJ/mol;
(2)①反應(yīng)Fe(s)+CO2(g)═FeO(s)+CO(g)的平衡常數(shù)k=$\frac{c(CO)}{c(C{O}_{2})}$,
由表中數(shù)據(jù)可知,對于反應(yīng)①,溫度越高平衡常數(shù)越大,說明升高溫度平衡向正反應(yīng)移動,升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)進行,故a>0,
令平衡時參加反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量為xmol,則:
            Fe(s)+CO2(g)═FeO(s)+CO(g)
開始(mol):4                  0
變化(mol):x                  x
平衡(mol):4-x                 x
所以$\frac{x}{4-x}$=1,解得x=2,
故二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為$\frac{2mol}{4mol}$×100%=50%,
故CO表示的平均速率v(CO)=$\frac{\frac{2mol}{2L}}{5min}$=0.2mol/(L•min)
故答案為:$\frac{c(CO)}{c(C{O}_{2})}$;>;50%;0.2mol/(Lmin);
②根據(jù)該反應(yīng)是氣體體積不變的吸熱反應(yīng),所以要使反應(yīng)速率增大且平衡向右移動,可采取的措施是增加CO2的量或者升高溫度,
故答案為:增加CO2的量或者升高溫度;
(3)負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),負(fù)極CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+,依據(jù)電子守4OH-~O2~4e-,當(dāng)消耗560mLO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)時即$\frac{0.56}{22.4}$=0.025mol,依據(jù)電子守恒4OH-~O2~4e-,則消耗的氫氧根離子物質(zhì)的量為0.025mol×4=0.1mol,所以溶液中氫離子的濃度為:$\frac{0.1}{1}$=0.1mol/L,故PH=1,
故答案為:CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+;1.

點評 本題考查反應(yīng)速率計算、平衡常數(shù)、化學(xué)平衡計算、影響反應(yīng)速率與化學(xué)平衡移動的因素、蓋斯定律與反應(yīng)熱的計算等,難度中等.

練習(xí)冊系列答案
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17.目前我們生活中的食鹽中往往要加“碘”,該成分主要是( 。
A.KIB.I2C.I-D.KIO3

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18.相對分子質(zhì)量為106.5的一氯代烴,有幾種同分異構(gòu)體( 。
A.2種B.4種C.6種D.8種

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15.三氯化鐵廣泛應(yīng)用于污水處理、五金蝕刻及有機工業(yè)的催化劑、氧化劑和氯化劑等.
(1)現(xiàn)用mg廢鐵屑(Fe2O3)制取FeCl3•6H2O晶體,并測定廢鐵屑中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù),實驗裝置如圖(夾持裝置略).反應(yīng)開始前至A中固體完全消失時,依次進行下列操作:
①緩慢滴加足量鹽酸
②關(guān)閉彈簧夾K1、打開K2并關(guān)閉活塞a
③打開彈簧夾K1、關(guān)閉K2并打開活塞a
正確的操作順序是③①②(填序號);當(dāng)A中溶液完全進入燒杯后,燒杯中的現(xiàn)象是無色溶液逐漸變黃,有氣泡產(chǎn)生,相應(yīng)的離子方程式和化學(xué)方程式是:2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O和2H2O2$\frac{\underline{\;氯化鐵\;}}{\;}$2H2O+O2↑.
(2)實驗測得B中所得的氣體VmL(標(biāo)準(zhǔn)狀況),由此計算出該廢鐵屑中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是$\frac{V}{400m}$,該數(shù)值比實際數(shù)值偏低,若實驗過程操作無誤,偏低的原因是:Fe3+和Fe發(fā)生反應(yīng)消耗部分Fe,使與鹽酸反應(yīng)的Fe相應(yīng)減少.
(3)另取mg廢鐵屑和CO氣體在加熱時充分反應(yīng)到恒重,測得實驗后剩余固體質(zhì)量是wg,由此求出鐵的準(zhǔn)確質(zhì)量分?jǐn)?shù)是$\frac{m-\frac{10(m-w)}{3}}{m}$×100%(用含m和w的式子表示,無需化簡).

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2.一定條件下,可逆反應(yīng)X(g)+3Y(g)?2Z(g),若X、Y、Z起始濃度分別為c1、c2、c3,當(dāng)達(dá)平衡時X、Y、Z的濃度分別為0.1mol/L,0.3mol/L,0.08mol/L,則下列判斷不合理的是( 。
A.c1:c2=1:3(若c1大于0)
B.當(dāng)4v(X)=v(Y)時,該反應(yīng)還在向正反應(yīng)方向建立平衡
C.c1=0.04
D.0≤c2≤0.42

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12.碳的氧化物在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用,如CO 和H2可以合成甲醇,CO2 和NH3可以合成尿素.
若在20L的密閉容器中按物質(zhì)的量之比1:2充入CO和H2,發(fā)生反應(yīng):
CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g).測得平衡時CO得轉(zhuǎn)化率隨溫度變化及壓強的變化如圖所示:p2、195℃時,n(H2)隨時間的變化如表所示:
t/min0135
n(H2)/mol8544
(1)p2、195℃時,0~1min內(nèi),υ(H2)=0.15mol/(L•min).
(2)你認(rèn)為p1<  p2;  p2、195℃時,B點,υ<υ.(填“<”“>”或“=”)
(3)p2、195℃時,該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為25.

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19.如表所示是某些物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù):
物質(zhì)C(s)H2(g)C2H4(g)C2H6(g)C3H8(g)C12H26(l)
△H/
kJ•mol-1
-393.5-285.8-1 411.0-1 559.8-2 219.9-8 571.4
①煤油的組成可看作C12H26,煤油燃燒生成液態(tài)水時的熱化學(xué)方程式為2C12H26(l)+37O2(g)═24CO2(g)+26H2O(l)△H=-17142.8kJ•mol-1
②由上表中的數(shù)據(jù)能(填“能”或“不能”)計算出反應(yīng):C2H4(g)+H2(g)→C2H6(g)的反應(yīng)熱.若能,該反應(yīng)△H=-137.0kJ•mol-1(若不能,此空不填);若不能,原因是不填(若能,此空不填).

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16.將0.05molSO2(g)和0.03molO2(g)放入容積為1L的密閉容器中,反應(yīng)2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g),在一定條件下2min時達(dá)到平衡,測得c(SO3)=0.04mol•L-1.以下表述正確的是(  )
A.若恒容下,充入氮氣,則c(SO3)小于0.04mol•L-1
B.該條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)為1.6×103
C.v(O2)=0.02 mol•L-1.min-1
D.使用催化劑若平衡沒有移動,則該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)

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17.利用如圖所示裝置,當(dāng)X、Y選用不同材料時,可將電解原理廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn).下列說法中正確的是(  )
A.氯堿工業(yè)中,X、Y均為石墨,X附近能得到氫氧化鈉
B.銅的精煉中,X是純銅,Y是粗銅,Z是CuSO4
C.電鍍工業(yè)中,X是待鍍金屬,Y是鍍層金屬
D.外加電流的陰極保護法中,Y是待保護金屬

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