Question

19．Ⅰ．利用CO₂和CH₄重整可制合成气（主要成分为CO、H₂），已知重整过程中部分反应的热化学方程式为：
①CH₄（g）=C（s）+2H₂（g）△H=+75.0kJ•mol^-1
②CO₂（g）+H₂（g）=CO（g）+H₂O（g）△H=+41.0kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂（g）=C（s）+H₂O（g）△H=-131.0kJ•mol^-1
反应CO₂（g）+CH₄（g）=2CO（g）+2H₂（g）的△H=+247kJ•mol^-1．
II．用CO合成尿素的反应为：2NH₃（g）+CO（g）?CO（NH₂）₂（g）+H₂（g）△H＜0．
（1）T℃时，向体积为2L的恒容密闭容器中，充入2molNH₃和1mol CO发生反应．
①5min时反应达到平衡状态，CO的转化率为80%，则5min内NH₃的平均反应速率为0.16mol?L^-1?min^-1，此温度下反应的平衡常数K的值为40．
②对该反应，下列说法正确的是CD（填字母）．
A．若容器内气体密度不变，则表明反应达到平衡状态
B．反应达到平衡后，其它条件不变，升高温度，尿素的百分含量增大
C．反应达到平衡后，其它条件不变，在原容器中充入一定量氦气，CO的转化率不变
D．反应达到平衡后，其它条件不变，充入一定量NH₃，平衡向正反应方向移动，但K值不变
（2）若保持恒温恒容条件，将物质的量之和为3mol的NH₃和CO以不同的氨碳比进行反应，结果如图1所示：若图中c表示平衡体系中尿素的体积分数，则b表示NH₃的转化率．当尿素含量最大时，则$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（CO）}$=2或2：1，此时，对于该反应既能增大反应速率又能提高尿素体积分数的措施为按物质的量之比为2：1再加入NH₃和CO增大压强．

Ⅲ．图2是铬酸银（Ag₂CrO₄）T℃时，在水溶液中的沉淀溶解平衡曲线．
（1）向饱和Ag₂CrO₄溶液中加入固体K₂CrO₄不能（填“能”或“不能”）使溶液由Y点变为X点
（2）图中ɑ=$\sqrt{2}$×10^-4（或1.4×10^-4）．

Answer 1

分析 Ⅰ．已知①CH₄（g）═C（s）+2H₂（g）△H=+75.0kJ/mol
②CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H=+41.0kJ/mol
③CO（g）+H₂（g）═C（s）+H₂O（g）△H=-131.0kJ/mol
根据盖斯定律①+②-③可得CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g），据此计算该反应的焓变△H；
II．（1）①依据CO的转化率为80%，计算一氧化碳的转化量，依据V=$\frac{△C}{△t}$计算V（CO），然后依据速率之比等于计量系数之比计算V（NH₃）；列三段计算平衡时各物质的浓度，依据平衡常数表达式计算平衡常数；
②A．依据ρ=$\frac{m}{V}$判断；
B．依据温度对平衡移动的影响判断；
C．反应达到平衡后，其它条件不变，在原容器中充入一定量氦气，因为容器体积不变，所以平衡不移动，据此判断；
D．依据K的影响因素解答；
（2）反应物有两种以上的，增大一种反应物浓度可以提高另一种反应物的转化率，本身转化率降低；由图可知，横坐标为$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$=2时，尿素的体积分数最大，氨气的转化率为80%；依据反应为气体体积减小的反应，所以加压可以提高反应速率，使平衡正向移动；
Ⅲ．（1）在饱和Ag₂CrO₄溶液中加入K₂CrO₄仍为饱和溶液，点仍在曲线上；
（2）溶度积常数不变，依据溶液中Z点时离子浓度计算．

解答 解：Ⅰ．解：已知①CH₄（g）═C（s）+2H₂（g）△H=+75.0kJ/mol
②CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H=+41.0kJ/mol
③CO（g）+H₂（g）═C（s）+H₂O（g）△H=-131.0kJ/mol
根据盖斯定律①+②-③可得：CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g），△H=（+75.0kJ/mol）+（+41.0kJ/mol）-（-131.0kJ/mol）=+247kJ/mol，
故答案为：+247；
II．（1）①依据题意一氧化碳转化量为：1mol×80%=0.8mol，则：V（CO）=$\frac{\frac{0.8mol}{2L}}{5min}$=0.08mol?L^-1?min^-1；则依据速率之比等于计量系数之比得：V（NH₃）=2V（CO）=0.16mol?L^-1?min^-1；
依据题意得：
                  2NH₃（g）+CO（g）?CO（NH₂）₂（g）+H₂（g）
C0（mol/L）        1              0.5               0                      0
△C（mol/L）       0.8           0.4               0.4                  0.4
C平（mol/L）    0.2              0.1                0.4               0.4
所以反应平衡常数：K=$\frac{0.4×0.4}{0.2×0.2×0.1}$=40；
故答案为：0.16mol?L^-1?min^-1；40；
②A．反应物和生成物都是气体，所以气体总质量不变，容器体积不变，所以气体密度为定值，始终不变，不能用来判断反应是否达到平衡状态，故A错误；
B.2NH₃（g）+CO（g）?CO（NH₂）₂（g）+H₂（g）△H＜0为放热反应，升高温度平衡逆向移动，尿素含量减小，故B错误；
C．反应达到平衡后，其它条件不变，在原容器中充入一定量氦气，因为容器体积不变，所以平衡不移动，CO的转化率不变，故C正确；
D．K只受温度影响，温度不变，K不变，故D正确；
故答案为：CD；
（2）反应物有两种以上的，增大一种反应物浓度可以提高另一种反应物的转化率，本身转化率降低，依据图象可知，b曲线为氨气转化率曲线；
由图可知，横坐标为$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$=2时，尿素的体积分数最大；依据反应为气体体积减小的反应，所以加压可以提高反应速率，使平衡正向移动，所以
对于该反应既能增大反应速率又能提高尿素体积分数的措施为增大压强．
故答案为：NH₃；2或2：1；按物质的量之比为 2：1 再加入 NH₃和 CO增大压强；
Ⅲ．（1）在饱和Ag₂CrO₄溶液中加入K₂CrO₄仍为饱和溶液，点仍在曲线上，所以在饱和Ag₂CrO₄溶液中加入K₂CrO₄不能使溶液由Y点变为X点，
故答案为：不能；
（2）依据溶度积常数计算Ksp（Ag₂CrO₄）=c²（Ag⁺）•c（CrO₄^2-）=1×10^-11，Z点时c（CrO₄^2-）=5×10^-4，则c（Ag⁺）²=2×10^-8，所以a=$\sqrt{2}$×10^-4（或1.4×10^-4），故答案为：$\sqrt{2}$×10^-4（或1.4×10^-4）．

点评 本题考查较为综合，为高考常见题型，题目涉及化学反应速率与限度，主要涉及反应速率的计算、平衡标志、平衡常数和平衡计算的判断计算，明确化学平衡的特征及移动影响因素是解题关键，题目难度中等．