Question

【題目】化學反應原理在工業(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)兩步反應生成尿素，兩步反應的能量變化示意圖如下：

則NH3(g)與CO2(g)反應生成尿素的熱化學方程式為___________________________。

（2）已知反應Fe(s)＋CO2(g) FeO(s)＋CO(g)　ΔH＝a kJ·mol－1。測得在不同溫度下，該反應的平衡常數(shù)K隨溫度的變化如下：

溫度(℃)	500	700	900
K	1.00	1.47	2.40

①該反應的化學平衡常數(shù)K的表達式為____________，a________0(填“>”、“<”或“＝”)。在500 ℃ 2 L密閉容器中進行反應，F(xiàn)e和CO2的起始量均為4 mol，則5 min后達到平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率為________，生成CO的平均速率v(CO)為_______________。

②700 ℃反應達到平衡后，要使反應速率增大且平衡向右移動， 可采取的措施有 ___________。

（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極的電極反應式_____________________，利用該電池電解1L 0．5mol/L的CuSO4溶液，當消耗560mLO2（標準狀況下）時，電解后溶液的pH＝_________（溶液電解前后體積的變化忽略不計）。

Answer 1

【答案】2NH3（g）+CO2（g）H2O（l）+H2NCONH2（s）△H=-134kJmol-1K=c(CO)/c(CO2)>50%0.2mol/(L.min)增加 CO2 的量、升高溫度（填一種即可）CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+1

【解析】

(1)由圖示可以知道，兩步反應的完成的熱效應與一步完成的熱效應是相同的；
(2)①化學平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫反應的平衡常數(shù)，注意固體不需要寫出；由表中數(shù)據(jù)可以知道，對于該反應，溫度越高平衡常數(shù)越大，說明升高溫度平衡向正反應移動，據(jù)此判斷a值的符號；
令平衡時參加反應的二氧化碳的物質(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)計算 v(CO)；
②根據(jù)平衡移動原理進行分析解答；
(3)負極發(fā)生氧化反應，根據(jù)電子守恒求消耗的氫氧根離子濃度。

(1)由圖示可以知道，兩步反應的完成的熱效應與一步完成的熱效應是相同的，將兩個反應相加可得2NH3（g）+CO2（g）H2O（l）+H2NCONH2（s）△H=-134kJmol-1，
因此，本題正確答案是：2NH3（g）+CO2（g）H2O（l）+H2NCONH2（s）△H=-134kJmol-1；
(2) ①反應Fe(s)＋CO2(g) FeO(s)＋CO(g)的平衡常數(shù)K=c(CO)/c(CO2)，
由表中數(shù)據(jù)可以知道，對于該反應，溫度越高平衡常數(shù)越大，說明升高溫度平衡向正反應移動，升高溫度平衡向吸熱反應進行，故a>0，
令平衡時參加反應的二氧化碳的物質(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K==1，計算得出x=2，
故二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為×100%=50%，
故CO表示的平均速率v(CO)==0.2 mol/(Lmin)，
因此，本題正確答案是：K=c(CO)/c(CO2) ；>；50%；0.2mol/(Lmin)；
②根據(jù)該反應是氣體體積不變的吸熱反應，所以要使反應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，
因此，本題正確答案是：增加 CO2 的量或升高溫度；
(3)負極發(fā)生氧化反應，負極CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+，當消耗560mLO2 (標準狀況下)時即=0.025mol，根據(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：=0.1mol/L，pH=1，

因此，本題正確答案是：CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+；1。