Question

【题目】CO2 和CH4是常见的化合物，同时也是常用的化工原料。

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，氨气转化率变化情况如图所示。

①该反应的ΔH_____0（填“>” 或、“<” ），该反应自发进行的条件是_______________ (填“低温”“高温”或“任意温度”） 若y表示反应开始时的氨碳比[]，则y1________y2。（填“>”、“<”或“=”）；

（2）t℃时，若向容积固定的密闭容器中加入一定量的 NH3和CO2合成尿素，下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是________ (填字母)。

a．混合气体的平均相对分子质量保持不变

b．CO2和NH3的体积分数保持不变

c．CO2和NH3的转化率相等

d．混合气体的密度保持不变

e．1molCO2生成的同时有 2molN—H键断裂

II．工业上用CH4与水蒸气在一定条件下制取H2，：CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g) ΔH = + 203 kJmol－1

①该反应逆反应速率表达式为：v逆=kc(CO) c3(H2)，k 为速率常数，在某温度下测得实验数据如表：

CO浓度(molL－1)	H2浓度(molL－1)	逆反应速率(molL－1min－1)
0.05	c1	4.8
c2	c1	19.2
c2	0.1	8.1

由上述数据可得该温度下，该反应的逆反应速率常数k为____L3mol－3min－1。

②某温度下，在体积为3 L的密闭容器中通入物质的量均为3 mol的CH4和水蒸气，发生上述反应，5分钟时达到平衡，此时H2的体积分数为60%，则在5分钟内用CH4浓度变化表示的平均反应速率v(CH4)=________；该温度下该反应的平衡常数K=________。平衡后再向容器中加入1 mol CH4和1 mol CO，平衡_______移动（填“正反应方向”或“逆反应方向”或“不”）。

III．在常温下，将0.02mol CO2通入200mL 0.15mol/L的/span>NaOH溶液中，充分反应后下列关系式中正确的是_____________________

A．c(Na+)>c(HCO3-)> c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)

B．3c (Na+)=2[c(CO32-)+ c(HCO3-)+ c(H2CO3)]

C．c (Na+)+c(H+)=c(HCO3-)+ c(CO32-)+c(OH-)

D．c(HCO3-)+ 3c(H2CO3)+2c(H+)= c(CO32-)+2c(OH-)

Answer 1

【答案】< 低温 < abd 40500 mol L-1min－1 48 正反应方向 AD

【解析】

Ⅰ、（1）通过图象分析温度升高，氨气转化率的变化从而分析反应吸放热；自发进行的判断依据是△H-T△S＜0，结合反应特征分析判断需要的条件；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）平衡时是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变，原则是变量不变分析选项；

II．①根据v逆=kc（CO）c3（H2）计算k的值；

②根据求出反应速率；根据计算平衡常数；通过浓度商与平衡常数的比较判断反应移动方向；

III．可能发生的反应：CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O、CO2+NaOH=NaHCO3，NaOH的物质的量为0.2L×0.15mol/L=0.03mol，先分析0.02mol CO2通入之后溶液的溶质，再进行判断；

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，所以ΔH<0；自发进行的判断依据是△H-T△S＜0，该反应ΔH<0，△S＜0，所以需要低温条件才能自发进行；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；

故答案为：<；低温；<；

（2）a．生成物有固体，利用极限法考虑，反应初始和彻底进行平均相对分子质量不同，混合气体的平均相对分子质量保持不变时说明平衡不再移动，故正确；

b．反应达到平衡各组分体积分数不变，CO2和NH3的体积分数保持不变说明平衡，故正确；

c．反应加入一定量的 NH3和CO2，若按2:1加入，则二者转化率始终相等，若不按2:1加入，二者转化率不可能相等，故CO2和NH3的转化率相等不能说明平衡，故错误；

d．混合气体体积不变，平衡右移时有固体生成，气体体积减小，即密度减小，所以混合气体的密度保持不变说明反应平衡，故正确；

e．一个氨气分子中有3个N—H键，2molN—H键断裂即2/3mol氨气反应，1molCO2生成的同时有 2molN—H键断裂时正反应速率和逆反应速率不相等，故错误；

故答案为：abd；

（3）①根据v逆=kc（CO）c3（H2），由表中数据，c13=mol3/L3，则c2=mol/L=0.2mol/L，所以k=L3mol3min1=40500L3mol3min1，

故答案为：40500；

②设转化的CH4为amol/L，容器体积为3L，则初始c(CH4)=3mol/3L=1mol/L，c(H2O)=3mol/3L=1mol/L，列三段式

氢气的体积分数为=60%，解得a=2/3mol/L，则v(CH4)== mol L-1min－1；平衡常数==48；平衡后再向容器中加入1 mol CH4和1 mol CO，此时浓度商Q=，所以反应向正反应方向移动，

故答案为：40500；mol L-1min－1；48；正反应方向；

III．可能发生的反应：CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O、CO2+NaOH=NaHCO3，NaOH的物质的量为0.2L×0.15mol/L=0.03mol，1＜n（NaOH）：n（CO2）=3：2＜2，则反应得到Na2CO3、NaHCO3混合溶液，设二者物质的量分别为xmol、ymol，则 ，解得x=y=0.01，即溶液中的溶质为Na2CO3和NaHCO3；

A．溶液显碱性，且碳酸根的水解程度大于碳酸氢根的电离程度，所以溶液中存在：c(Na+)>c(HCO3-)> c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)，A项正确；

B．根据物料守恒可知2c (Na+)=3[c(CO32-)+ c(HCO3-)+ c(H2CO3)]，B项错误；

C．根据电荷守恒可知c (Na+)+c(H+)=c(HCO3-)+ 2c(CO32-)+c(OH-)，C项错误；

D．电荷守恒和物流守恒联立消去钠离子即得c(HCO3-)+ 3c(H2CO3)+2c(H+)= c(CO32-)+2c(OH-)（质子守恒），故D项正确；

故答案为：AD。