Question

【題目】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___________________________。

（2）已知反應(yīng)Fe(s)＋CO2(g) FeO(s)＋CO(g)　ΔH＝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(℃)	500	700	900
K	1.00	1.47	2.40

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

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(dòng)， 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(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式_____________________，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(shí)，電解后溶液的pH＝_________（溶液電解前后體積的變化忽略不計(jì)）。

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(yīng)的完成的熱效應(yīng)與一步完成的熱效應(yīng)是相同的；
(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(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫反應(yīng)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(yīng)，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(dòng)，據(jù)此判斷a值的符號(hào)；
令平衡時(shí)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(shí)各組分的物質(zhì)的量，氣體的化學(xué)計(jì)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(jì)算x的值，再利用轉(zhuǎn)化率定義計(jì)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(jì)算生成的CO的物質(zhì)的量，再根據(jù)計(jì)算 v(CO)；
②根據(jù)平衡移動(dòng)原理進(jìn)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。

(1)由圖示可以知道，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(gè)反應(yīng)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(yīng)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(yīng)，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(dòng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)進(jìn)行，故a>0，
令平衡時(shí)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K==1，計(jì)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(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(dòng)，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(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+，當(dāng)消耗560mLO2 (標(biāo)準(zhǔn)狀況下)時(shí)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，故pH=1，

因此，本題正確答案是：CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+；1。