Question

【题目】化学反应原理在工业生产中具有十分重要的意义。

（1）工业生产可以用NH3(g)与CO2(g)经两步反应生成尿素，两步反应的能量变化示意图如下：

则NH3(g)与CO2(g)反应生成尿素的热化学方程式为___________________________。

（2）已知反应Fe(s)＋CO2(g) FeO(s)＋CO(g)　ΔH＝a kJ·mol－1。测得在不同温度下，该反应的平衡常数K随温度的变化如下：

温度(℃)	500	700	900
K	1.00	1.47	2.40

①该反应的化学平衡常数K的表达式为____________，a________0(填“>”、“<”或“＝”)。在500 ℃ 2 L密闭容器中进行反应，Fe和CO2的起始量均为4 mol，则5 min后达到平衡时CO2的转化率为________，生成CO的平均速率v(CO)为_______________。

②700 ℃反应达到平衡后，要使反应速率增大且平衡向右移动， 可采取的措施有 ___________。

（3）利用CO与H2可直接合成甲醇，下图是由“甲醇-空气”形成的绿色燃料电池的工作原理示意图，写出以石墨为电极的电池工作时负极的电极反应式_____________________，利用该电池电解1L 0．5mol/L的CuSO4溶液，当消耗560mLO2（标准状况下）时，电解后溶液的pH＝_________（溶液电解前后体积的变化忽略不计）。

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、升高温度（填一种即可）CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+1

【解析】

(1)由图示可以知道，两步反应的完成的热效应与一步完成的热效应是相同的；
(2)①化学平衡常数，是指在一定温度下，可逆反应达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，据此书写反应的平衡常数，注意固体不需要写出；由表中数据可以知道，对于该反应，温度越高平衡常数越大，说明升高温度平衡向正反应移动，据此判断a值的符号；
令平衡时参加反应的二氧化碳的物质的量为xmol，利用三段式表示出平衡时各组分的物质的量，气体的化学计量数都为1，前后气体的物质的量相等，用物质的量代替浓度代入平衡常数计算x的值，再利用转化率定义计算二氧化碳的转化率；根据参加反应的二氧化碳的物质的量计算生成的CO的物质的量，再根据计算 v(CO)；
②根据平衡移动原理进行分析解答；
(3)负极发生氧化反应，根据电子守恒求消耗的氢氧根离子浓度。

(1)由图示可以知道，两步反应的完成的热效应与一步完成的热效应是相同的，将两个反应相加可得2NH3（g）+CO2（g）H2O（l）+H2NCONH2（s）△H=-134kJmol-1，
因此，本题正确答案是：2NH3（g）+CO2（g）H2O（l）+H2NCONH2（s）△H=-134kJmol-1；
(2) ①反应Fe(s)＋CO2(g) FeO(s)＋CO(g)的平衡常数K=c(CO)/c(CO2)，
由表中数据可以知道，对于该反应，温度越高平衡常数越大，说明升高温度平衡向正反应移动，升高温度平衡向吸热反应进行，故a>0，
令平衡时参加反应的二氧化碳的物质的量为xmol，则：
Fe(s)＋CO2(g) FeO(s)＋CO(g)
开始（mol） 4 0
变化（mol）x x
平衡（mol） 4-x x
所以K==1，计算得出x=2，
故二氧化碳的转化率为×100%=50%，
故CO表示的平均速率v(CO)==0.2 mol/(Lmin)，
因此，本题正确答案是：K=c(CO)/c(CO2) ；>；50%；0.2mol/(Lmin)；
②根据该反应是气体体积不变的吸热反应，所以要使反应速率增大且平衡向右移动，可采取的措施是增加CO2的量或者升高温度，
因此，本题正确答案是：增加 CO2 的量或升高温度；
(3)负极发生氧化反应，负极CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+，当消耗560mLO2 (标准状况下)时即=0.025mol，根据电子守恒4OH-~O2~4e-，则消耗的氢氧根离子物质的量为0.025mol ×4=0.1mol，所以溶液中氢离子的浓度为：=0.1mol/L，故pH=1，

因此，本题正确答案是：CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+；1。