Question

【題目】CO2是一種常用的化工原料。

Ⅰ．以CO2與NH3為原料可以合成尿素[CO（NH2）2]。合成尿素的反應為2NH3（g）＋CO2（g）CO（NH2）2（s）＋H2O（g）。

（1）在不同溫度及不同y值下合成尿素，達到平衡時，氨氣轉化率變化情況如圖所示。該反應的ΔH_____0（填“>”、“<”或“=”，下同），若y表示壓強，則y1_______y2 , 若y表示反應開始時的水碳比[n（NH3）/n（CO2）]，則y1_______y2。

（2）t℃時，若向容積為2L的密閉容器中加入3molNH3和1molCO2，達到平衡時，容器內壓強為開始時的0.75倍。若保持條件不變，再向該容器中加入0.5molCO2和1molH2O，NH3的轉化率將__________（填“增大”、“減小”或“不變”）。

Ⅱ．CO2與H2反應可用于生產甲醇。

（3）已知氫氣與甲醇的燃燒熱分別為-285.8 kJ·mol－1、-726.5kJ·mol－1，則CO2與H2反應產生液態甲醇與液態水的熱化學方程式為________________。

（4）下圖是某甲醇燃料電池工作的示意圖。質子交換膜（只有質子能夠通過）左右兩側的溶液均為1L 2mol·L-1 H2SO4溶液。電極a上發生的電極反應式為________________________，當電池中有1mol e-發生轉移時左右兩側溶液的質量之差為______g （假設反應物耗盡，忽略氣體的溶解）。

Answer 1

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

【解析】

Ⅰ．（1）根據圖示，升高溫度，NH3轉化率減小，平衡逆向移動；2NH3（g）＋CO2（g）CO（NH2）2（s）＋H2O（g），正反應氣體物質的量減小，加壓平衡正向移動，氨氣的轉化率增大；增大NH3的濃度，NH3的轉化率減小；（2）利用“三段式”計算平衡常數，根據的關系判斷平衡移動方向；Ⅱ．（3）由H2（g）和甲醇的燃燒熱分別為285.8 kJ·mol－1、726.5kJ·mol－1，可知二者燃燒的熱方程式分別為：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，根據蓋斯定律書寫CO2與H2反應產生液態甲醇與液態水的熱化學方程式；（4）電極a是負極，甲醇失電子生成二氧化碳和氫離子；當電池中有1mol e-發生轉移時，a極消耗mol水，b極生成0.5mol水。

Ⅰ．（1）根據圖示，升高溫度，NH3轉化率減小，平衡逆向移動，所以正反應放熱，ΔH<0；2NH3（g）＋CO2（g）CO（NH2）2（s）＋H2O（g），正反應氣體物質的量減小，加壓平衡正向移動，氨氣的轉化率增大；同溫下，壓強為y1時氨氣轉化率大于y2，所以y1>y2；增大NH3的濃度，NH3的轉化率減小，水碳比[n（NH3）/n（CO2）]為y1時氨氣轉化率大于y2，所以y1<y2；

（2）2NH3（g）＋CO2（g）CO（NH2）2（s）＋H2O（g）

開始 1.5 0.5 0

轉化 2x x x

平衡 1.5-2x 0.5-x x

x=0.25

K= ，再向該容器中加入0.5molCO2和1molH2O，>K，平衡逆向移動，NH3的轉化率將減小；

Ⅱ．（3）由H2（g）和甲醇的燃燒熱分別為285.8 kJ·mol－1、726.5kJ·mol－1可知，二者燃燒的方程式分別為：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，根據蓋斯定律①×3-②得CO2(g) +3H2(g)=CH3OH(l) +H2O(l) △H=-130.9kJ/mol；

（4）電極a是負極，甲醇失電子生成二氧化碳和氫離子，電極a上發生的電極反應式為CH3OH +H2O-6e- =CO2+6H+；當電池中有1mol e-發生轉移時，a極消耗mol水，b極生成0.5mol水，所以左右兩側溶液的質量之差為12g。