Question

【题目】CO2是一种常用的化工原料。

Ⅰ．以CO2与NH3为原料可以合成尿素[CO（NH2）2]。合成尿素的反应为2NH3（g）＋CO2（g）CO（NH2）2（s）＋H2O（g）。

（1）在不同温度及不同y值下合成尿素，达到平衡时，氨气转化率变化情况如图所示。该反应的ΔH_____0（填“>”、“<”或“=”，下同），若y表示压强，则y1_______y2 , 若y表示反应开始时的水碳比[n（NH3）/n（CO2）]，则y1_______y2。

（2）t℃时，若向容积为2L的密闭容器中加入3molNH3和1molCO2，达到平衡时，容器内压强为开始时的0.75倍。若保持条件不变，再向该容器中加入0.5molCO2和1molH2O，NH3的转化率将__________（填“增大”、“减小”或“不变”）。

Ⅱ．CO2与H2反应可用于生产甲醇。

（3）已知氢气与甲醇的燃烧热分别为-285.8 kJ·mol－1、-726.5kJ·mol－1，则CO2与H2反应产生液态甲醇与液态水的热化学方程式为________________。

（4）下图是某甲醇燃料电池工作的示意图。质子交换膜（只有质子能够通过）左右两侧的溶液均为1L 2mol·L-1 H2SO4溶液。电极a上发生的电极反应式为________________________，当电池中有1mol e-发生转移时左右两侧溶液的质量之差为______g （假设反应物耗尽，忽略气体的溶解）。

Answer 1

【答案】< > < 减小 CO2(g) +3H2(g)=CH3OH(l) +H2O(l) △H=-130.9kJ/mol CH3OH +H2O-6e- =CO2+6H+ 12

【解析】

Ⅰ．（1）根据图示，升高温度，NH3转化率减小，平衡逆向移动；2NH3（g）＋CO2（g）CO（NH2）2（s）＋H2O（g），正反应气体物质的量减小，加压平衡正向移动，氨气的转化率增大；增大NH3的浓度，NH3的转化率减小；（2）利用“三段式”计算平衡常数，根据的关系判断平衡移动方向；Ⅱ．（3）由H2（g）和甲醇的燃烧热分别为285.8 kJ·mol－1、726.5kJ·mol－1，可知二者燃烧的热方程式分别为：H2(g)＋1/2O2(g)=H20(l) ΔH=-285.8 kJ/mol ①；CH3OH (l)＋3/2O2(g)=CO2(g)+2H20(l) ΔH=-726.5kJ·mol－1 ②，根据盖斯定律书写CO2与H2反应产生液态甲醇与液态水的热化学方程式；（4）电极a是负极，甲醇失电子生成二氧化碳和氢离子；当电池中有1mol e-发生转移时，a极消耗mol水，b极生成0.5mol水。

Ⅰ．（1）根据图示，升高温度，NH3转化率减小，平衡逆向移动，所以正反应放热，ΔH<0；2NH3（g）＋CO2（g）CO（NH2）2（s）＋H2O（g），正反应气体物质的量减小，加压平衡正向移动，氨气的转化率增大；同温下，压强为y1时氨气转化率大于y2，所以y1>y2；增大NH3的浓度，NH3的转化率减小，水碳比[n（NH3）/n（CO2）]为y1时氨气转化率大于y2，所以y1<y2；

（2）2NH3（g）＋CO2（g）CO（NH2）2（s）＋H2O（g）

开始 1.5 0.5 0

转化 2x x x

平衡 1.5-2x 0.5-x x

x=0.25

K= ，再向该容器中加入0.5molCO2和1molH2O，>K，平衡逆向移动，NH3的转化率将减小；

Ⅱ．（3）由H2（g）和甲醇的燃烧热分别为285.8 kJ·mol－1、726.5kJ·mol－1可知，二者燃烧的方程式分别为：H2(g)＋1/2O2(g)=H20(l) ΔH=-285.8 kJ/mol ①；CH3OH (l)＋3/2O2(g)=CO2(g)+2H20(l) ΔH=-726.5kJ·mol－1 ②，根据盖斯定律①×3-②得CO2(g) +3H2(g)=CH3OH(l) +H2O(l) △H=-130.9kJ/mol；

（4）电极a是负极，甲醇失电子生成二氧化碳和氢离子，电极a上发生的电极反应式为CH3OH +H2O-6e- =CO2+6H+；当电池中有1mol e-发生转移时，a极消耗mol水，b极生成0.5mol水，所以左右两侧溶液的质量之差为12g。