Question

【题目】化学反应原理在工业生产中具有十分重要的意义。

工业生产可以用NH3(g)与CO2(g)经两步反应生成尿素，两步反应的能量变化示意图如下：

（1）则NH3 (g)与CO2(g)反应生成尿素的热化学方程式为______________________________。

（2）已知反应Fe(s)+CO2(g) FeO(s)＋CO(g) ΔH ＝a kJ·mol－1。测得在不同温度下，该反应的平衡常数K随温度的变化如下：

温度(℃)	500	700	900
K	1. 00	1.47	2.40

①该反应的化学平衡常数K的表达式为____________，a________0(填“>”、“<”或“＝”)。在500 ℃ 2 L密闭容器中进行反应，Fe和CO2的起始量均为4 mol，则5 min后达到平衡时CO2的转化率为________，生成CO的平均速率v (CO)为__________________。

②700 ℃反应达到平衡后，要使反应速率增大且平衡向右移动，可采取的措施有____________________。

(3) 利用CO与H2可直接合成甲醇，下图是由“甲醇-空气”形成的绿色燃料电池的工作原理示意图，写出以石墨为电极的电池工作时负极的电极反应式_______________________，利用该电池电解1L 0.5mol/L的CuSO4溶液，当消耗560mLO2 (标准状况下)，电解后溶液的pH＝_______(溶液电解前后体积的变化忽略不计)。

Answer 1

【答案】 (1)2NH3(g)+CO2(g)H2O(l)+H2NCONH2(s) △H =-134kJmol-1 (2分)

(2)①K =c(CO)/c(CO2) (1分); > (1分); 50% (1分) 0.2mol/(Lmin) (1分)

②增加 CO2 的量、升高温度 (2分)

(3)CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+ (2分) ； 1 (2分)

【解析】 （1）第一步反应的热化学方程式为：2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4(g) △H =-272kJmol-1 ，第二步反应的热化学方程式为： H2NCOONH4(g) CO（NH2）2+ H2O(l)

△H =+138kJmol-1，上述两步反应相加，NH3 (g)与CO2(g)反应生成尿素的热化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)H2O(l)+H2NCONH2(s) △H =-134kJmol-1；

(2)①平衡常数表达式为：K =c(CO)/c(CO2) ；由于温度升高平衡常数增大，反应为吸热反应，a > 0；500 ℃时该反应的平衡常数为1，转化的 CO2为2mol，CO2的转化率为50% ，生成CO的平均速率v (CO)=2/（2×5）=0.2mol/(Lmin)；

② 700 ℃反应达到平衡后，要使反应速率增大且平衡向右移动，可采取的措施有增加 CO2 的量或升高温度 ；

(3) “甲醇-空气”形成的绿色燃料电池的正极是O2，负极是CH3OH，有质子交换膜是酸性电池，CH3OH 被氧化为CO2，根据化合价、电子守恒、电荷守恒，负极的电极反应式CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+；利用该电池电解1L 0.5mol/L的CuSO4溶液，当消耗560mLO2 (标准状况下)，转移电子数为(0.56/22.4)×4=1mole-，生成H+1mol，c（H+）=1mol/L，pH=1。