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【题目】一碳化学是指以含一个碳原子的化合物(CO2COCH4CH3OH)为初始反应物,合成一系列重要的化工原料和燃料的化学。

1)以CO2NH3为原料合成尿素是利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下:

反应I2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s) H1

反应IINH2COONH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g) H2=+72.49kJ/mol

总反应:2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) H3=-86.98kJ/mol

请回答下列问题:

①反应IH1=__kJ/mol

②反应II一般在__(高温或低温")条件下有利于该反应的进行。

③一定温度下,在体积固定的密闭容器中按计量比投料进行反应I,下列能说明反应达到了平衡状态的是__(填字母序号)

A.混合气体的平均相对分子质量不再变化

B.容器内气体总压强不再变化

C.2v(NH3)=v(CO2)

D.容器内混合气体的密度不再变化

2)将CO2H2按物质的量之比为13充入一定体积的密闭容器中,发生反应:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) H。测得CH3OH的物质的量在不同温度下随时间的变化关系如图所示。

①根据图示判断H__0(“>”“<”)

②一定温度下,在容积均为2L的两个密闭容器中,按如下方式加入反应物,10min后达到平衡。

容器

反应物投入量

1molCO23molH2

amolCO2bmolH2

cmolCH3OH(g)cmolH2O(g)(abc均不为零)

若甲容器平衡后气体的压强为开始时的0.8倍,则反应10min内甲容器中以CH3OH(g)表示的化学反应速率为__,此温度下的化学平衡常数为__(保留两位小数);要使平衡后乙容器与甲容器中相同组分的体积分数相等,且起始时维持化学反应向逆反应方向进行,则乙容器中c的取值范围为__

3)氢气可将CO2还原为甲烷,反应为CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)ShyamKattel等结合实验与计算机模拟结果,研究了在Pt/SiO2催化剂表面上CO2H2的反应历程,前三步历程如图所示其中吸附在Pt/SiO2催化剂表面用“·”标注,Ts表示过渡态。物质吸附在催化剂表面,形成过渡态的过程会__(放出热量吸收热量”);反应历程中最小能垒(活化能)步骤的化学方程式为__

【答案】-159.47 高温 BD < 0.02mol·L-1·min-1 0.18 0.4<c<1 吸收热量 OH+H== H2O(g)

【解析】

1根据盖斯定律计算反应IH1

根据复合判据分析。

根据平衡标志分析;

2由图象可知,T2温度下反应速率快,所以T2>T1;升高温度,平衡时甲醇的物质的量减小;

利用三段式计算反应速率和平衡常数;利用极值法判断c的取值范围;

3)根据图象可知,吸附态的能量小于过渡态;活化能最小的过程是COOHH+3H2(g)生成CO+3H2(g)+H2O

1反应I2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s) H1

反应IINH2COONH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g) H2=+72.49kJ/mol

根据盖斯定律I+II得总反应:2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) H3=-86.98kJ/mol,所以H1=-86.98kJ/mol-72.49kJ/mol=-159.47kJ/mol

②NH2COONH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g) H>0,气体物质的量增大S>0,根据复合判据,一般在高温条件下有利于该反应的进行;

③A.在体积固定的密闭容器中按计量比投料进行反应,容器中气体物质始终是NH3(g)CO2且物质的量比等于2:1,所以混合气体的平均相对分子质量是定值,平均相对分子质量不再变化,不一定平衡,故不选A

B.体积固定,正反应气体物质的量减小,所以压强是变量,容器内气体总压强不再变化,一定达到平衡状态,故选B

C.反应达到平衡状态时,正逆反应的速率比等于系数比,v(NH3)=2v(CO2)时达到平衡状态,2v(NH3)=v(CO2)时反应没有达到平衡状态,故不选C

D.体积固定,气体质量减小,密度是变量,若容器内混合气体的密度不再变化,一定达到平衡状态,故选D

答案选BD

2由图象可知,T2温度下反应速率快,所以T2>T1;升高温度,平衡时甲醇的物质的量减小,即升高温度平衡逆向移动,H<0

设达到平衡是,CO2转化了xmol/L,根据三等式,有:

甲容器平衡后气体的压强为开始时的0.8倍,则x=0.2;反应10min内甲容器中以CH3OH(g)表示的化学反应速率为0.02mol·L-1·min-1,此温度下的化学平衡常数为0.18

平衡后乙容器与甲容器中相同组分的体积分数相等,说明甲乙的平衡是等效的。该反应CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)反应前后体积发生变化,在恒温恒容的条件下,两容器发生反应达到等效平衡,则“一边倒”后,加入的物质完全相同。若CO2H2完全反应,则生成甲醇最大的量为1mol,达到平衡时,甲醇的物质的量为0.2mol/L×2=0.4mol,则乙容器中c的取值范围为0.4<c<1

3)根据图象可知,吸附态的能量小于过渡态,所以物质吸附在催化剂表面,形成过渡态的过程会吸收热量;活化能最小的过程是COOHH+3H2(g)生成CO+3H2(g)+H2O,反应方程式是OH+H==H2O(g)

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