Question

【題目】CO2是一種常用的化工原料。

Ⅰ.以CO2與NH3為原料可以合成尿素[CO(NH2)2]。合成尿素的反應為2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)。

（1）在不同溫度及不同y值下合成尿素，達到平衡時，氨氣轉化率的變化情況如圖所示。該反應的ΔH________(填“>”、“<”或“＝”，下同)0，若y表示壓強，則y1________y2，若y表示反應開始時的n(NH3)/n(CO2)，則y1________y2。

（2）T℃時，若向容積為2L的恒容密閉容器中加入3mol NH3和1mol CO2，達到平衡時，容器內壓強為開始時的3/4。若保持條件不變，再向該容器中加入0.5mol CO2和1mol H2O，NH3的轉化率將________(填“增大”、“減小”或“不變”)。

Ⅱ.CO2與H2反應可用于生產甲醇。

（3）已知氫氣與甲醇的燃燒熱分別為285.8kJ·mol-1、726.5kJ·mol-1，則CO2與H2反應產生液態甲醇與液態水的熱化學方程式為_____。

（4）如圖是某甲醇燃料電池工作的示意圖。

質子交換膜(只有質子能夠通過)左右兩側的溶液均為1L 2mol·L-1 H2SO4溶液。電極a上發生的電極反應為____，當電池中有1mol e-發生轉移時左右兩側溶液的質量之差為_____ g(假設反應物耗盡，忽略氣體的溶解)。

（5）寫出Na2CO3溶液中各離子濃度的大小關系__________________。

Answer 1

【答案】＜ ＞ ＜ 減小 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)結合溫度和壓強對平衡的影響分析；

(2)t℃時，若向容積為2L的密閉容器中加入3mol NH3和1mol CO2，達到平衡時，容器內壓強為開始時的0.75倍，結合三行計算列式計算，氣體壓強之比等于氣體物質的量之比，平衡常數K=，再向該容器中加入0.5mol CO2和1mol H2O，計算此時濃度商和平衡常數比較判斷反應進行的方向；

Ⅱ、(3)氫氣與甲醇的燃燒熱分別為-285.8kJmol-1、-726.5kJmol-1，熱化學方程式為：①H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJmol-1；②CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l) △H= -726.5kJmol-1，蓋斯定律計算①×3-②得到CO2與H2反應產生液態甲醇與液態水的熱化學方程式；

(4)負極反應式為CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，正極反應式為O2+4H++4e-=2H2O，按照電極反應式計算；

(5)Na2CO3在溶液中存在兩步水解，以第一步水解為主。

Ⅰ.(1)圖象分析得到溫度升高，氨氣轉化率減小說明平衡逆向進行，正反應為放熱反應，壓強越大平衡正向進行，氨氣轉化率增大，若y表示壓強，則一定溫度下y1大于y2，若y表示反應開始時的水碳比，升溫平衡逆向進行，氨氣轉化率減小，一定溫度下，水和二氧化碳之比越大，平衡逆向進行，氨氣轉化率越小，則y1小于y2；

(2)t℃時，若向容積為2L的密閉容器中加入3mol NH3和1mol CO2，達到平衡時，結合三行計算列式計算，設反應的二氧化碳為xmol，

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

起始量(mol) 3 1 0

變化量(mol) 2x x x

平衡量(mol)3-2x 1-x x

氣體壓強之比等于氣體物質的量之比，容器內壓強為開始時的0.75倍，3-2x+1-x+x=(3+1)×0.75，解得：x=0.5mol，此時K==1；

再向該容器中加入0.5mol CO2和1mol H2O，濃度商Qc==1.5＞K=1，平衡逆向進行，NH3的轉化率將減��；

Ⅱ.(3)氫氣與甲醇的燃燒熱分別為-285.8kJmol-1、-726.5kJmol-1，熱化學方程式為：①H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJmol-1；②CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l) △H= -726.5kJmol-1，蓋斯定律計算①×3-②得到CO2與H2反應產生液態甲醇與液態水的熱化學方程式：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l) △H= -130.9 kJmol-1；

(4)負極反應式為CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，當轉移1mol電子時，左側質量減輕×12g=2g，還要有1mol H+通過質子交換膜進入右側，質量減少1g，正極反應式為O2+4H++4e-=2H2O，右側質量增加32g×=8g，加上轉移過來的1g H+，因此左右兩側溶液的質量之差為8g+1g+2g+1g=12g；

(5)Na2CO3在溶液中存在兩步水解，以第一步水解為主，CO32-+H2OHCO3-+OH-，HCO3-+H2OH2CO3+OH-，則溶液中離子濃度大小的關系為：c(Na+)＞c(CO32-)＞c(OH-)＞c(HCO3-)＞c(H+)。