Question

CO₂和CO是工业排放的对环境产生影响的废气。

（1）以CO₂与NH₃为原料合成化肥尿素的主要反应如下：

①2NH₃(g)＋CO₂(g)＝NH₂CO₂NH₄(s)；ΔH＝－159.47 kJ·mol^－1

②NH₂CO₂NH₄(s)＝CO(NH₂)₂(s)＋H₂O(g)；ΔH＝a kJ·mol^－1

③2NH₃(g)＋CO₂(g)＝CO(NH₂)₂(s)＋H₂O(g)；ΔH＝－86.98 kJ·mol^－1

则a为             。

（2）科学家们提出用工业废气中的CO₂制取甲醇：CO₂+3H₂CH₃OH+H₂O。制得的CH₃OH可用作燃料电池的燃料。

①在KOH介质中，负极的电极反应式为_________________________________。

②作介质的KOH可以用电解K₂SO₄溶液的方法制得。则KOH在_______出口得到,阳极的电极反应式是：_____________________________________。

（3）利用CO与H₂反应可合成CH₃OCH₃。

已知：3H₂(g) + 3CO(g)  CH₃OCH₃(g) + CO₂(g)，ΔH＝-247kJ/mol

在一定条件下的密闭容器中，该反应达到平衡，要提高CO的转化率，可以采取的措施是            .

A．低温高压；B．加入催化剂；C．体积不变充入氦气；D．增加CO的浓度；E．分离出二甲醚

（4）CH₃OCH₃也可由CH₃OH合成。已知反应2CH₃OH(g)  CH₃OCH₃(g) + H₂O(g)，在某温度下，在1L密闭容器中加入CH₃OH ，反应到10分钟时达到平衡，此时测得各组分的浓度如下：

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
浓度/（mol·L－1）	0.01	0.2	0.2

 

①0-10 min内反应速率v(CH₃OH) ＝               。

②该温度下的平衡常数为               。

③若平衡后，再向容器中再加入0.01mol CH₃OH和0.2mol CH₃OCH₃，此时正、逆反应速率的大小：

v_正         v_逆 （填“>”、“<”或“＝”)。

 

Answer 1

【答案】

（1）+72.49kJ．mol^－1  （2分）

（2）①CH₃OH -6e-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O（2分）

②D （2分）4OH^- + 4e^- = 2H₂O + O₂↑ （2分）

（3）AE （2分）

（4）①0.04 mol·L^-1·min^-1（2分）②  400（2分）  ③  ＞ （2）

【解析】

试题分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律①+②=③，得到-159.47KJ/mol+a=-86.98KJ/mol，a=+72.49KJ/mol；

（2）①甲醇作燃料制成的燃料电池生成的CO₂被碱溶液吸收生成K₂CO₃，总反应式为：2CH₃OH+4KOH+3O₂=2K₂CO₃+6H₂O,所以甲醇在负极失去电子，负极的电极反应式为：2CH₃OH-12e^- +16OH^- =2CO₃^2- +12H₂O，正极则为：3O₂+12e^-+6H₂O=12OH^-

②电解K₂SO₄溶液实质就是电解水，阳极水电离的OH-失去电子被氧化，阳极产生大量H+，SO₄^2-通过阴离子交换膜到达阳极，从A口出得到硫酸，阳极电极反应式为：4OH^- + 4e^- = 2H₂O + O₂↑；而阴极水电离得H⁺得到电子被还原，所以会有大量OH-生成，K⁺通过阳离子交换膜进入阴极，在D口出得到KOH，阴极反应式为:4H⁺+ 4e^- =2H₂↑。

（3）由反应可知正反应为放热、前后气体系数减少的反应，所以增大压强、降低温度有利于正反应提高CO的转化率，所以A可行；加入催化剂只能加快反应速率，不能改变平衡，B不可行；体积不变充入氦气不改变各参加反应气体的浓度，不会改变平衡，因此C项不能提高CO转化率；增加CO的浓度能使平衡正向移动，但是CO的转化率反而降低；E项分离出生成物二甲醚，可以使反应正向移动，所以能提高CO的转化率，所以E可行；故选AE。

（4）根据表中数据有：2CH₃OH(g)  CH₃OCH₃(g) + H₂O(g)

初始浓度（mol/L）：     0.41            0           0

转化浓度（mol/L）：      0.4             0.2        0.2

平衡浓度（mol/L）：      0.01            0.2        0.2

所以①0-10 min内反应速率v(CH₃OH) ＝0.4 mol/L÷10min=0.04 mol·L^-1·min^-1

②该温度下的平衡常数K=0.2×0.2÷0.01² =400

③因为此平衡时，容器中有0.01mol CH₃OH和0.2mol CH₃OCH₃  、0.2mol H₂O，若恒温恒容下再向容器中再加入同样的0.01mol CH₃OH和0.2mol CH₃OCH₃、0.2mol H₂O，则达到等效平衡，平衡不移动。但是只加入0.01mol CH₃OH和0.2mol CH₃OCH₃  则不能达到等效平衡，平衡向正反应方向移动，所以此时v_正>v_逆 。

考点：本题考查的是化学反应与能量、电化学基础、化学反应速率与平衡等知识的综合。