Question

【题目】(15分)CO是合成尿素、甲酸的原料。

（1）在100 kPa和T K下，由稳定单质生成1 mol化合物的焓变称为该物质在T K时的标准摩尔生成焓，用符号ΔHm0表示。已知石墨和CO的标准燃烧热分别为393.5 kJmol1和283.0 kJmol1，则CO(g)的ΔHm0= 。

（2）合成尿素的反应：2NH3(g) + CO(g) == CO(NH2)2(g) + H2(g) ΔH =81.0 kJmol1。

①T ℃时，在体积为2 L的恒容密闭容器中，将2 molNH3和1 mol CO混合发生反应，5 min时，NH3的转化率为80%。则0～5 min内的平均反应速率为v(CO)= 。

②已知：

温度/K	398	498	…
平衡常数(K)	126.5	K1	…

则：K1 126.5(填“＞”或“＜”)；其判断理由是 。

③若保持恒温恒容条件，将物质的量之和为3 mol的NH3和CO以不同的氨碳比进行反应，结果如图所示：

若图中c表示平衡体系中尿素的体积分数，则a表示 的转化率。

当= 时，尿素含量最大；此时，对于该反应既能增大正反应速率又能使平衡正向移动的措施是 (写一种)。

（3）通过人工光合作用可将CO转化成HCOOH。

①已知常温下，浓度均为0.1 molL1的HCOOH和HCOONa混合溶液pH =3.7，则HCOOH的电离常数Ka的值为 (已知lg2=0.3)。

②用电化学可消除HCOOH对水质造成的污染，其原理是电解CoSO4、稀硫酸和HCOOH混合溶液，用电解产生的Co3+将HCOOH氧化成CO2。Co3+氧化HCOOH的离子方程式为 ；忽略体积变化，电解前后Co2+的浓度将 (填“增大”、“减小”或“不变”)。

Answer 1

【答案】（1）110.5 kJmol1 (2分)

（2）①0.08 molL1min1 (1分)

②＜(1分) 合成尿素的反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，K减小(2分)

③CO(1分) 2(1分) 按物质的量之比为2∶1再加入NH3和CO(2分)

（3）①2×104(2分)

②2Co3++HCOOH==CO2↑+2Co2++2H+(2分) 不变(1分)

【解析】（1）碳元素的稳定单质是石墨，则CO的ΔHm0应为反应C(s,石墨)+O2(g)==CO(g)的焓变，由石墨和CO的标准燃烧热可得热化学方程式：

① C(s,石墨) + O2(g) == CO2(g) ΔH1=393.5 kJmol1

② CO(g) + O2(g)==CO2(g) ΔH2=283.0 kJmol1

根据盖斯定律，①②得：C(s,石墨)+O2(g)==CO(g) ΔHm0=110.5 kJmol1。

（2）①5 min时，氨气的转化率为80%，则反应的NH3为2 mol×80%=1.6 mol，则CO反应了0.8 mol，Δc(CO)=0.4 molL1，v(CO)= 0.08 molL1min1。②已知合成尿素的反应为放热反应，则温度升高，平衡逆向移动，K减小，因此498K时的平衡常数小于398 K的平衡常数，即K1＜126.5。③图像中曲线a随着氨碳比的增大而增大，根据平衡移动规律，反应物中NH3占比增大时，CO的转化率增大，所以图中曲线a对应的是CO的转化率。从图像可直接看出，当=2时，尿素含量最大；升高温度能加快反应速率，但平衡逆向移动，再说题目已限制恒温恒容条件，加压既能加快反应速率也能使平衡正向移动，但加压不能保证“恒容”条件，催化剂只能加快反应速率，不能改变平衡状态，所以只能考虑增大反应物浓度的方法，比较好的具体措施是：按物质的量之比为2∶1再加入NH3和CO。

（3）①混合溶液中存在电荷守恒：c(Na+)+c(H+)=c(HCOO)+c(OH)，则c(HCOO)=c(Na+)+c(H+) c(OH)=(0.1+103.71010.3)molL1≈0.1molL1，由物料守恒得c(HCOO)+c(HCOOH)= 0.2molL1，则c(HCOOH)=0.1molL1，代入电离平衡常数表达式得Ka== 103.7，又已知lg2=0.3，即100.3=2，代入得Ka=103.7=2×104。②题中有信息：Co3+将HCOOH氧化成CO2，则Co3+被HCOOH还原为Co2+，由此可得：Co3++ HCOOH→CO2+Co2+，因反应在酸性条件(稀硫酸)下进行，可补写H+并配平即得离子方程式为：2Co3++HCOOH==CO2↑+2Co2++2H+；电解时Co2+转化为Co3+，混合溶液中生成的Co3+又被HCOOH还原为Co2+，所以整个过程即电解前后Co2+的浓度保持不变。