Question

8．CO₂和CO是工业排放的对环境产生影响的废气．
（1）以CO₂与NH₃为原料合成化肥尿素的主要反应如下：
①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂NH₄（s）；△H=-159.47kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）；△H=a kJ•mol^-1
③2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）；△H=-86.98kJ•mol^-1
则a为+72.49kJ．mol^-1．
（2）科学家们提出用工业废气中的CO₂制取甲醇：CO₂+3H₂CH₃OH+H₂O．
制得的CH₃OH可用作燃料电池的燃料．
①在KOH介质中，负极的电极反应式为CH₃OH-6e-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
②作介质的KOH可以用电解K₂SO₄溶液的方法制得．则KOH在D出口得到，阳极的电极反应式是：4OH^-+4e^-=2H₂O+O₂↑
（3）利用CO与H₂反应可合成CH₃OCH₃．
已知：3H₂（g）+3CO（g）=CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），△H=-247kJ/mol
在一定条件下的密闭容器中，该反应达到平衡，要提高CO的转化率，可以采取的措施是AE．
A．低温高压  B．加入催化剂   C．体积不变充入氦气D．增加CO的浓度   E．分离出二甲醚
（4）CH₃OCH₃也可由CH₃OH合成．
已知反应2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），在某温度下，在1L密闭容器中加入CH₃OH，反应到10分钟时达到平衡，此时测得各组分的浓度如表：

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
浓度/（mol•L-1）	0.01	0.2	0.2

①0-10min内反应速率v（CH₃OH）=0.04mol•L^-1•min^-1．
②该温度下的平衡常数为400．
③若平衡后，再向容器中再加入0.01mol CH₃OH和0.2mol CH₃OCH₃，此时正、逆反应速率的大小：v_正＞ v_逆 （填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂NH₄（s）；△H=-159.47kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）；△H=a kJ•mol^-1
③2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）；△H=-86.98kJ•mol^-1
根据盖斯定律可知，将③-①可得②，据此计算a的值；
（2）①在CH₃OH燃料电池中，是还原剂，在负极发生氧化反应，在KOH介质中，生成碳酸根离子；
②电解K₂SO₄溶液中，电解池的阴极是氢离子放电生成氢气，同时溶液中产生氢氧根离子，阳极是氢氧根离子放电生成氧气；
（3）在反应3H₂（g）+3CO（g）=CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），△H=-247kJ/mol中，反应达到平衡，要提高CO的转化率，可以通过降温、加压或降低生成物浓度的方法，增加CO时，CO的转化率下降，加入催化剂，平衡不移动，体积不变充入氦气，各反应中的物质的浓度不变，平衡不移动，据此答题；
（4）2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
①计算二甲醚的反应速率，结合反应速率之比等于化学计量数之比计算v（CH₃OH）；
②K=生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；
③依据浓度商和平衡常数比较判断反应进行的方向；

解答 解：（1）①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂NH₄（s）；△H=-159.47kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）；△H=a kJ•mol^-1
③2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）；△H=-86.98kJ•mol^-1
根据盖斯定律可知，将③-①可得②，所以a=-86.98kJ•mol^-1-（-159.47kJ•mol^-1）=+72.49kJ．mol^-1，
故答案为：+72.49kJ．mol^-1；
（2）①在CH₃OH燃料电池中，是还原剂，在负极发生氧化反应，在KOH介质中，生成碳酸根离子，电极反应式为CH₃OH-6e-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH-6e-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②电解K₂SO₄溶液中，电解池的阴极是氢离子放电生成氢气，同时溶液中产生氢氧根离子，所以KOH在D出口得到，阳极是氢氧根离子放电生成氧气，电极反应式为4OH^-+4e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案为：D；4OH^-+4e^-=2H₂O+O₂↑；
（3）在反应3H₂（g）+3CO（g）=CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），△H=-247kJ/mol中，反应达到平衡，要提高CO的转化率，可以通过降温、加压或降低生成物浓度的方法，增加CO时，CO的转化率下降，加入催化剂，平衡不移动，体积不变充入氦气，各反应中的物质的浓度不变，平衡不移动，故选AE；
（4）①由表格中的数据可知，v（CH₃OCH₃）=$\frac{0.2mol/L}{10min}$=0.02 mol•L^-1•min^-1，又反应速率之比等于化学计量数之比，v（CH₃OH）=2×0.02 mol•L^-1•min^-1=0.04 mol•L^-1•min^-1；
故答案为：0.04 mol•L^-1•min^-1；
②由表格中的数据及K的定义可知，K=$\frac{0.2×0.2}{0.01{\;}^{2}}$=400，
故答案为：400；
③若平衡后，再向容器中再加入0.01mol CH₃OH和0.2mol CH₃OCH₃，c（CH₃OH）=0.02mol/L，c（CH₃OCH₃）=0.4mol/L c（H₂）=0.2mol/L
Q=$\frac{0.2×0.4}{0.02{\;}^{2}}$=200＜K，说明平衡正向进行，v_正＞v_逆；
故答案为：＞；

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡的移动、反应速率、平衡常数的计算等，题目难度中等，注意把握平衡常数的意义．