Question

【题目】CO2是一种常用的化工原料。

Ⅰ.以CO2与NH3为原料可以合成尿素[CO(NH2)2]。合成尿素的反应为2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)。

（1）在不同温度及不同y值下合成尿素，达到平衡时，氨气转化率的变化情况如图所示。该反应的ΔH________(填“>”、“<”或“＝”，下同)0，若y表示压强，则y1________y2，若y表示反应开始时的n(NH3)/n(CO2)，则y1________y2。

（2）T℃时，若向容积为2L的恒容密闭容器中加入3mol NH3和1mol CO2，达到平衡时，容器内压强为开始时的3/4。若保持条件不变，再向该容器中加入0.5mol CO2和1mol H2O，NH3的转化率将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

Ⅱ.CO2与H2反应可用于生产甲醇。

（3）已知氢气与甲醇的燃烧热分别为285.8kJ·mol-1、726.5kJ·mol-1，则CO2与H2反应产生液态甲醇与液态水的热化学方程式为_____。

（4）如图是某甲醇燃料电池工作的示意图。

质子交换膜(只有质子能够通过)左右两侧的溶液均为1L 2mol·L-1 H2SO4溶液。电极a上发生的电极反应为____，当电池中有1mol e-发生转移时左右两侧溶液的质量之差为_____ g(假设反应物耗尽，忽略气体的溶解)。

（5）写出Na2CO3溶液中各离子浓度的大小关系__________________。

Answer 1

【答案】＜ ＞ ＜ 减小 CO2(g)+3H2(g)= CH3OH(l)+H2O(l)　ΔH= -130.9kJ·mol1 CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+ 12 c(Na+)＞c(CO32-)＞c(OH- )＞c(HCO3- )＞c(H+ )

【解析】

Ⅰ.(1)结合温度和压强对平衡的影响分析；

(2)t℃时，若向容积为2L的密闭容器中加入3mol NH3和1mol CO2，达到平衡时，容器内压强为开始时的0.75倍，结合三行计算列式计算，气体压强之比等于气体物质的量之比，平衡常数K=，再向该容器中加入0.5mol CO2和1mol H2O，计算此时浓度商和平衡常数比较判断反应进行的方向；

Ⅱ、(3)氢气与甲醇的燃烧热分别为-285.8kJmol-1、-726.5kJmol-1，热化学方程式为：①H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJmol-1；②CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l) △H= -726.5kJmol-1，盖斯定律计算①×3-②得到CO2与H2反应产生液态甲醇与液态水的热化学方程式；

(4)负极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，正极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，按照电极反应式计算；

(5)Na2CO3在溶液中存在两步水解，以第一步水解为主。

Ⅰ.(1)图象分析得到温度升高，氨气转化率减小说明平衡逆向进行，正反应为放热反应，压强越大平衡正向进行，氨气转化率增大，若y表示压强，则一定温度下y1大于y2，若y表示反应开始时的水碳比，升温平衡逆向进行，氨气转化率减小，一定温度下，水和二氧化碳之比越大，平衡逆向进行，氨气转化率越小，则y1小于y2；

(2)t℃时，若向容积为2L的密闭容器中加入3mol NH3和1mol CO2，达到平衡时，结合三行计算列式计算，设反应的二氧化碳为xmol，

2NH3(g)+CO2(g)CO(NH)2(s)+H2O(g)

起始量(mol) 3 1 0

变化量(mol) 2x x x

平衡量(mol)3-2x 1-x x

气体压强之比等于气体物质的量之比，容器内压强为开始时的0.75倍，3-2x+1-x+x=(3+1)×0.75，解得：x=0.5mol，此时K==1；

再向该容器中加入0.5mol CO2和1mol H2O，浓度商Qc==1.5＞K=1，平衡逆向进行，NH3的转化率将减小；

Ⅱ.(3)氢气与甲醇的燃烧热分别为-285.8kJmol-1、-726.5kJmol-1，热化学方程式为：①H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJmol-1；②CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l) △H= -726.5kJmol-1，盖斯定律计算①×3-②得到CO2与H2反应产生液态甲醇与液态水的热化学方程式：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l) △H= -130.9 kJmol-1；

(4)负极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，当转移1mol电子时，左侧质量减轻×12g=2g，还要有1mol H+通过质子交换膜进入右侧，质量减少1g，正极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，右侧质量增加32g×=8g，加上转移过来的1g H+，因此左右两侧溶液的质量之差为8g+1g+2g+1g=12g；

(5)Na2CO3在溶液中存在两步水解，以第一步水解为主，CO32-+H2OHCO3-+OH-，HCO3-+H2OH2CO3+OH-，则溶液中离子浓度大小的关系为：c(Na+)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(HCO3-)＞c(H+)。