Question

化學反應原理在工業生產中具有十分重要的意義。
（1）合成氨用的氫氣有多種制取方法：請你寫出用C制備水煤氣的化學反應方程式    。還可以由天然氣或重油制取氫氣：CH₄＋H₂O(g) 高溫催化劑CO＋3H₂；比較以上兩種方法轉移6mol電子時，C和CH₄的質量之比是        。
（2）工業生產可以用NH₃（g）與CO₂（g）經過兩步反應生成尿素，兩步反應的能量變化示意圖如下：

則NH₃（g）與CO₂（g）反應生成尿素的熱化學方程式為                  。
（3）已知反應Fe（s）+CO₂（g）＝FeO（s）+CO（g） △H＝akJ/mol。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：

①該反應的化學平衡常數表達式K=     ，a    0（填“>”、“<”或“：”）。在500℃2L密閉容器中進行反應，Fe和CO₂的起始量均為4 mol，則5min后達到平街時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，要使該平衡向右移動，其他條件不變時，可以采取的措施有   （填字母）。

A．縮小反應器容積	B．增加Fe的物質的量
C．升高溫度到900℃	D．使用合適的催化劑

Answer 1

（15分，最后一問1分，其余每空2分）（1）C＋H₂O(g) CO＋H₂；9:4
（2）2NH₃（g）+CO₂（g）＝H₂O（l）+CO(NH₂)₂（s） △H＝－134kJ/mol
（3）①；＞；50%；0.2mol/(L·min) ②C

解析試題分析：（1）高溫下碳和水蒸氣反應生成氫氣和CO，反應的化學方程式是C＋H₂O(g) CO＋H₂；反應中碳的化合價從0價升高到＋2價，轉移2個電子。因此轉移6mol電子時，消耗碳單質的質量是：12g/mol×3mol＝36g。在反應CH₄＋H₂O(g) 高溫催化劑CO＋3H₂中碳的化合價從－4價升高到＋2價，轉移6個電子。因此轉移6mol電子時消耗甲烷的質量是16g，所以以上兩種方法轉移6mol電子時，C和CH₄的質量之比是36:16＝9:4。
（2）根據圖像可知，第一步反應中反應物的總能量高于生成物的總能量，因此是放熱反應，反應的熱化學方程式是2NH₃（g）+CO₂（g）＝H₂NCOONH₄（l，氨基甲酸銨）  △H₁＝－272KJ/mol；第二步反應中，反應物的總能量低于生成物的總能量，因此反應是吸熱反應，反應的化學方程式是H₂NCOONH₄（l）＝H₂O（l）+ CO(NH₂)₂（s） △H₂＝＋138KJ/mol。根據蓋斯定律可知，兩個過程相加即得到NH₃（g）與CO₂（g）反應生成尿素的熱化學方程式，即為2NH₃（g）+CO₂（g）＝H₂O（l）+ CO(NH₂)₂（s）  △H＝－272KJ/mol＋138KJ/mol＝－134kJ/mol。
（3）①化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，所以根據反應Fe（s）+CO₂（g）＝FeO（s）+CO（g）可知，該反應的平衡常數K＝。由表中數據可知，對于反應①，溫度越高平衡常數越大，說明升高溫度平衡向正反應方向移動。由于升高溫度平衡向吸熱反應方向進行，故a＞0。令平衡時參加反應的二氧化碳的物質的量濃度為xmol，則：
Fe（s）+CO₂（g）＝FeO（s）+CO（g）
起始濃度（mol/L）         2                  0
轉化量（mol/L）           x                  x
平衡量（mol/L）         2－x                 x
所以根據平衡常數的表達式可知＝1，解得x＝1，所以二氧化碳的轉化率為×100%＝50%。其中CO表示的平均速率v（CO）＝＝0.2mol/（L?min）。
②A、反應前后體積不變，縮小反應器容積，壓強增大，化學平衡不移動，故A錯誤；
B、鐵是固體，增加Fe的物質的量，不會引起化學平衡的移動，故B錯誤；
C、正方應是吸熱反應，升高溫度到900℃，化學平衡正向移動，故C正確；
D、催化劑只能改變反應速率，不能改變平衡狀態，所以使用合適的催化劑，不會引起化學平衡的移動，故D錯誤，答案選C。
考點：考查氧化還原反應方程式的書寫和計算；熱化學方程式的書寫；化學平衡常數的有關應用和計算；外界條件對平衡狀態的影響等