Question

【题目】氮、硫的化合物合成、应用以及对环境的影响一直是科学界研究的热点。

(1)尿素主要以NH3和CO2为原料进行合成。主要通过以下两个反应进行:

反应1：2NH3(l)+CO2(g)H2NCOONH4(l)　ΔH1= -117.2 kJ·mol-1

反应2：H2NCOONH4(l)H2O(l)+CO(NH2)2(l)　ΔH2=+21.7 kJ·mol-1

请回答：CO(NH2)2 (l)+H2O(l)2NH3(l)+CO2(g) ΔH3=_____________，该反应能自发进行的主要原因是__________________．

(2)焦炭催化还原SO2生成S2，化学方程式为：2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g)，在恒容容器中，1 mol/LSO2与足量的焦炭反应，SO2的转化率随温度的变化如图所示。

①若700℃发生该反应，经3分钟达到平衡，计算0—3分钟v(S2)=_______molL-1min-1，该温度下的平衡常数为_________．

②若该反应在起始温度为700℃的恒容绝热容器中进行，达到平衡时SO2的转化率________90%(填“＞”、“＜”或“=”)．

③下列说法一定能说明该反应达到平衡状态的是_______．

A．焦炭的质量不再变化时

B．CO2、SO2的浓度相等时

C．SO2的消耗速率与CO2的生成速率之比为1:1

D．容器的总压强不再变化时

(3) NO2、O2和熔融KNO3可制作燃料电池，其原理如图所示．

石墨I附近发生的反应为__________________________________，当外电路通过1mole-，正极上共消耗_______mol N2O5 。

Answer 1

【答案】+95.5 kJ·mol-1 ΔS＞0 0.15 36.45 ＜ AD NO2+NO3--e-=N2O5 0.5

【解析】

（1）根据盖斯定律（反应1+反应2）×（-1）得到；反应自发进行的条件是△H-T△S＜0；

（2）①利用反应的三段式结合反应速率公式、平衡常数表达式计算；

②700℃时升高温度，SO2的转化率降低，则平衡逆向移动，正向反应为放热反应，该体系相当在恒温恒容平衡体系中升温，平衡逆向移动；

③化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，且不等于0，各物质的浓度不再发生变化，由此衍生的一些物理量不发生变化，以此进行判断；

（3）石墨I为电池的负极：NO2失电子生成N2O5，写出电极反应式；写出反应的总方程式再计算电子转移数。

(1)反应1：2NH3(l)+CO2(g)H2NCOONH4(l)　ΔH1= -117.2 kJ·mol-1

反应2：H2NCOONH4(l)H2O(l)+CO(NH2)2(l)　ΔH2=+21.7 kJ·mol-1

根据盖斯定律（反应1+反应2）×（-1）得到：CO(NH2)2 (l)+H2O(l)2NH3(l)+CO2(g) ΔH3=[-117.2 kJ·mol-1+(+21.7 kJ·mol-1)]×（-1）=+95.5 kJ·mol-1 ，该反应能自发进行的主要原因是：该反应是吸热反应，反应能发生则△S＞0；

(2)① 反应的三段式为 2C（s）+2SO2（g）S2（g）+2CO2（g）

起始浓度（mol·L－1） 1 0 0

变化浓度（mol·L－1） 0.9 0.45 0.9

平衡浓度（mol·L－1） 0.1 0.45 0.9

v（S2）=△c÷△t=0.45mol·L－1÷3min=0.15mol/（L·min）

该温度下的平衡常数k= = =36.45；

②1 mol·L－1SO2与足量的焦炭在恒容、700℃反应时，SO2的转化率为90%，若1 mol·L－1SO2与足量的焦炭在恒容、绝热容器中反应，由于反应放热，容器内温度升高，所以恒容、绝热容器中的反应相当在恒容、700℃反应平衡的基础上升温，则平衡逆向进行，SO2的转化率降低；

③A．焦炭的质量减少，则反应正向进行，焦炭的质量增加，则反应逆向进行，若焦炭的质量不再变化时，则反应达到平衡状态，故A正确；

B．CO2、SO2的浓度相等时，不能确定正逆反应速率是否相等，所以不能确定反应是否达到平衡状态，故B错误；

C．无论反应是否达到平衡，SO2的消耗速率与CO2的生成速率始终相等，所以SO2的消耗速率与CO2的生成速率之比为1：1时，不能确定反应状态是否平衡，故C错误；

D．反应正向是气体体积增大的反应，反应正向进行，容器压强增大，逆向进行，容器压强减小，所以容器的总压强不再变化时，反应达到平衡状态，故D正确；

故选AD；

（3）石墨I，NO2失电子生成N2O5，附近发生的反应为NO2+NO3--e-=N2O5；

总反应为：4NO2+O2=2N2O5，每转移4mol电子，生成2molN2O5，当外电路通过1mole-，正极上共消耗 0.5mol N2O5 。