题目内容
【题目】CO是合成尿素、甲酸的原料。
(1)在100 kPa和T K下,由稳定单质生成1 mol化合物的焓变称为该物质在T K时的标准摩尔生成焓,用符号ΔHm0表示。已知石墨和CO的标准燃烧热分别为393.5 kJmol1和283.0 kJmol1 , 则CO(g)的ΔHm0=。
(2)合成尿素的反应:2NH3(g) + CO(g) == CO(NH2)2(g) + H2(g) ΔH =81.0 kJmol1。
①T ℃时,在体积为2 L的恒容密闭容器中,将2 molNH3和1 mol CO混合发生反应,5 min时,NH3的转化率为80%。则0~5 min内的平均反应速率为v(CO)=。
②已知:
温度/K | 398 | 498 | … |
平衡常数(K) | 126.5 | K1 | … |
则:K1126.5(填“>”或“<”);其判断理由是。
③若保持恒温恒容条件,将物质的量之和为3 mol的NH3和CO以不同的氨碳比进行反应,结果如图所示:
若图中c表示平衡体系中尿素的体积分数,则a表示的转化率。
当 =时,尿素含量最大;此时,对于该反应既能增大正反应速率又能使平衡正向移动的措施是(写一种)。
(3)通过人工光合作用可将CO转化成HCOOH。
①已知常温下,浓度均为0.1 molL1的HCOOH和HCOONa混合溶液pH =3.7,则HCOOH的电离常数Ka的值为(已知lg2=0.3)。
②用电化学可消除HCOOH对水质造成的污染,其原理是电解CoSO4、稀硫酸和HCOOH混合溶液,用电解产生的Co3+将HCOOH氧化成CO2。
Co3+氧化HCOOH的离子方程式为;
忽略体积变化,电解前后Co2+的浓度将(填“增大”、“减小”或“不变”)。
【答案】
(1)?110.5 kJ?mol?1
(2)0.08 mol?L-1·min-1;<;合成尿素的反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,K减小;CO;2;按物质的量之比为2∶1再加入NH3和CO
(3)2×10?4;2Co3++HCOOH==CO2↑+2Co2++2H+;不变
【解析】解:(1)碳元素的稳定单质是石墨,则CO(g)的ΔHm0应为反应C(s,石墨)+ O2(g)=CO(g)的焓变,由石
墨和CO的标准燃烧热可得热化学方程式:
①C(s,石墨)+ O2(g)=CO2(g) ΔH1=-393.5 kJmol1
②C(s,石墨)+ O2(g)=CO(g)ΔH2=-283.0 kJmol1
根据盖斯定律,①一②得:
C(s,石墨)+ O2(g)=CO(g) ΔHm0=110.5 kJmol1 (2)①5min时,氨气的转化率为80%,则反映的NH3为2mol×80%=1.6mol,则CO反应了0.8mol,则△c(CO)=0.4 molL-1 , v(CO)=
=0.08 molL-1·min-1②已知合成尿素的反应为放热反应,则温度升高,平衡逆向移动,K减小,因此498K时的平衡常数小于398K时的平衡常数,即K1<126.5;③图像中曲线A随着氨碳比
的增大而增大,根据平衡移动规律,反应物中NH3占比增大时,CO的转化率增大,所以图中曲线a对应的是CO的转化率。从图像可直接看出,当
=2时,尿素合量最大,升高温度能加快反应速率,但平衡逆向移动,再说题目已限制恒温恒容条件,加压既能加快反应速率也能使平衡正向移动,但加压不能保证“恒容”条件,催化剂只能加快反应速率,不能改变平衡状态,所以只能考虑增大反应物浓度的方法,比较好的具体措施是:按物质的量之比为2:1再加入NH3和CO。(3)①混合溶液中存在电荷守恒:c(Na+)+ c(H+)= c(HCOO-)+ c(OH-),则c(HCOO-)= c(Na+)+ c(H+)- c(OH-)=(0.1+10-3.7-10-10.3)mol/L≈0.1mpl/L,由物料守恒得c(HCOO-)+ c(HCOOH)=0.2mol/L,则c(HCOOH)=0.1mol/L,带入电力平衡常数表达式得Ka=
=10-3.7 , 又已知lg2=0.3,即100.3=2,代入得Ka=10-3.7=2×10-4②题中有信息:Co3+将HCOOH氧化成CO2 , 则Co3+被HCOOH还原为Co3+ , 由此可得Co3++HCOOH→CO2↑+Co2+ , 因反应在酸性条件(稀硫酸)下进行,可补写H+并配平即得离子方程式为:2Co3++HCOOH==CO2↑+2Co2++2H+ , 电解时Co2+转化为Co3+,混合溶液中生成的Co3+又被HCOOH还原为Co2+ , 所以整个过程即电解前后Co2+的浓度保持不变。
【考点精析】解答此题的关键在于理解反应热和焓变的相关知识,掌握在化学反应中放出或吸收的热量,通常叫反应热.
