Question

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）合成氨用的氫氣有多種制取方法：請(qǐng)你寫出用C制備水煤氣的化學(xué)反應(yīng)方程式     。還可以由天然氣或重油制取氫氣：CH₄＋H₂O(g) 高溫催化劑CO＋3H₂；比較以上兩種方法轉(zhuǎn)移6mol電子時(shí)，C和CH₄的質(zhì)量之比是         。

（2）工業(yè)生產(chǎn)可以用NH₃（g）與CO₂（g）經(jīng)過(guò)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                   。

（3）已知反應(yīng)Fe（s）+CO₂（g）＝FeO（s）+CO（g）  △H＝akJ/mol。測(cè)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：

①該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=      ，a     0（填“>”、“<”或“：”）。在500℃2L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5min后達(dá)到平街時(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，要使該平衡向右移動(dòng)，其他條件不變時(shí)，可以采取的措施有    （填字母）。

A．縮小反應(yīng)器容積    B．增加Fe的物質(zhì)的量

C．升高溫度到900℃           D．使用合適的催化劑

 

Answer 1

【答案】

（15分，最后一問(wèn)1分，其余每空2分）（1）C＋H₂O(g) CO＋H₂；9:4

（2）2NH₃（g）+CO₂（g）＝H₂O（l）+CO(NH₂)₂（s） △H＝－134kJ/mol

（3）①；＞；50%；0.2mol/(L·min)  ②C

【解析】

試題分析：（1）高溫下碳和水蒸氣反應(yīng)生成氫氣和CO，反應(yīng)的化學(xué)方程式是C＋H₂O(g) CO＋H₂；反應(yīng)中碳的化合價(jià)從0價(jià)升高到＋2價(jià)，轉(zhuǎn)移2個(gè)電子。因此轉(zhuǎn)移6mol電子時(shí)，消耗碳單質(zhì)的質(zhì)量是：12g/mol×3mol＝36g。在反應(yīng)CH₄＋H₂O(g) 高溫催化劑CO＋3H₂中碳的化合價(jià)從－4價(jià)升高到＋2價(jià)，轉(zhuǎn)移6個(gè)電子。因此轉(zhuǎn)移6mol電子時(shí)消耗甲烷的質(zhì)量是16g，所以以上兩種方法轉(zhuǎn)移6mol電子時(shí)，C和CH₄的質(zhì)量之比是36:16＝9:4。

（2）根據(jù)圖像可知，第一步反應(yīng)中反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，因此是放熱反應(yīng)，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是2NH₃（g）+CO₂（g）＝H₂NCOONH₄（l，氨基甲酸銨）   △H₁＝－272KJ/mol；第二步反應(yīng)中，反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量，因此反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式是H₂NCOONH₄（l）＝H₂O（l）+ CO(NH₂)₂（s）  △H₂＝＋138KJ/mol。根據(jù)蓋斯定律可知，兩個(gè)過(guò)程相加即得到NH₃（g）與CO₂（g）反應(yīng)生成尿素的熱化學(xué)方程式，即為2NH₃（g）+CO₂（g）＝H₂O（l）+ CO(NH₂)₂（s）   △H＝－272KJ/mol＋138KJ/mol＝－134kJ/mol。

（3）①化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，所以根據(jù)反應(yīng)Fe（s）+CO₂（g）＝FeO（s）+CO（g）可知，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝。由表中數(shù)據(jù)可知，對(duì)于反應(yīng)①，溫度越高平衡常數(shù)越大，說(shuō)明升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。由于升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向進(jìn)行，故a＞0。令平衡時(shí)參加反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量濃度為xmol，則：

Fe（s）+CO₂（g）＝FeO（s）+CO（g）

起始濃度（mol/L）         2                  0

轉(zhuǎn)化量（mol/L）           x                  x

平衡量（mol/L）         2－x                 x

所以根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式可知＝1，解得x＝1，所以二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為×100%＝50%。其中CO表示的平均速率v（CO）＝＝0.2mol/（L•min）。

②A、反應(yīng)前后體積不變，縮小反應(yīng)器容積，壓強(qiáng)增大，化學(xué)平衡不移動(dòng)，故A錯(cuò)誤；

B、鐵是固體，增加Fe的物質(zhì)的量，不會(huì)引起化學(xué)平衡的移動(dòng)，故B錯(cuò)誤；

C、正方應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度到900℃，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，故C正確；

D、催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能改變平衡狀態(tài)，所以使用合適的催化劑，不會(huì)引起化學(xué)平衡的移動(dòng)，故D錯(cuò)誤，答案選C。

考點(diǎn)：考查氧化還原反應(yīng)方程式的書寫和計(jì)算；熱化學(xué)方程式的書寫；化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)應(yīng)用和計(jì)算；外界條件對(duì)平衡狀態(tài)的影響等