Question

【題目】化學反應原理在工業生產中具有十分重要的意義。

工業生產可以用NH3(g)與CO2(g)經兩步反應生成尿素，兩步反應的能量變化示意圖如下：

（1）則NH3 (g)與CO2(g)反應生成尿素的熱化學方程式為______________________________。

（2）已知反應Fe(s)+CO2(g) FeO(s)＋CO(g) ΔH ＝a kJ·mol－1。測得在不同溫度下，該反應的平衡常數K隨溫度的變化如下：

溫度(℃)	500	700	900
K	1. 00	1.47	2.40

①該反應的化學平衡常數K的表達式為____________，a________0(填“>”、“<”或“＝”)。在500 ℃ 2 L密閉容器中進行反應，Fe和CO2的起始量均為4 mol，則5 min后達到平衡時CO2的轉化率為________，生成CO的平均速率v (CO)為__________________。

②700 ℃反應達到平衡后，要使反應速率增大且平衡向右移動，可采取的措施有____________________。

(3) 利用CO與H2可直接合成甲醇，下圖是由“甲醇-空氣”形成的綠色燃料電池的工作原理示意圖，寫出以石墨為電極的電池工作時負極的電極反應式_______________________，利用該電池電解1L 0.5mol/L的CuSO4溶液，當消耗560mLO2 (標準狀況下)，電解后溶液的pH＝_______(溶液電解前后體積的變化忽略不計)。

Answer 1

【答案】 (1)2NH3(g)+CO2(g)H2O(l)+H2NCONH2(s) △H =-134kJmol-1 (2分)

(2)①K =c(CO)/c(CO2) (1分); > (1分); 50% (1分) 0.2mol/(Lmin) (1分)

②增加 CO2 的量、升高溫度 (2分)

(3)CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+ (2分) ； 1 (2分)

【解析】 （1）第一步反應的熱化學方程式為：2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4(g) △H =-272kJmol-1 ，第二步反應的熱化學方程式為： H2NCOONH4(g) CO（NH2）2+ H2O(l)

△H =+138kJmol-1，上述兩步反應相加，NH3 (g)與CO2(g)反應生成尿素的熱化學方程式為2NH3(g)+CO2(g)H2O(l)+H2NCONH2(s) △H =-134kJmol-1；

(2)①平衡常數表達式為：K =c(CO)/c(CO2) ；由于溫度升高平衡常數增大，反應為吸熱反應，a > 0；500 ℃時該反應的平衡常數為1，轉化的 CO2為2mol，CO2的轉化率為50% ，生成CO的平均速率v (CO)=2/（2×5）=0.2mol/(Lmin)；

② 700 ℃反應達到平衡后，要使反應速率增大且平衡向右移動，可采取的措施有增加 CO2 的量或升高溫度 ；

(3) “甲醇-空氣”形成的綠色燃料電池的正極是O2，負極是CH3OH，有質子交換膜是酸性電池，CH3OH 被氧化為CO2，根據化合價、電子守恒、電荷守恒，負極的電極反應式CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+；利用該電池電解1L 0.5mol/L的CuSO4溶液，當消耗560mLO2 (標準狀況下)，轉移電子數為(0.56/22.4)×4=1mole-，生成H+1mol，c（H+）=1mol/L，pH=1。