Question

8．CO₂和CO是工業(yè)排放的對環(huán)境產生影響的廢氣．
（1）以CO₂與NH₃為原料合成化肥尿素的主要反應如下：
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
則a為+72.49kJ．mol^-1．
（2）科學家們提出用工業(yè)廢氣中的CO₂制取甲醇：CO₂+3H₂CH₃OH+H₂O．
制得的CH₃OH可用作燃料電池的燃料．
①在KOH介質中，負極的電極反應式為CH₃OH-6e-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
②作介質的KOH可以用電解K₂SO₄溶液的方法制得．則KOH在D出口得到，陽極的電極反應式是：4OH^-+4e^-=2H₂O+O₂↑
（3）利用CO與H₂反應可合成CH₃OCH₃．
已知：3H₂（g）+3CO（g）=CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），△H=-247kJ/mol
在一定條件下的密閉容器中，該反應達到平衡，要提高CO的轉化率，可以采取的措施是AE．
A．低溫高壓  B．加入催化劑   C．體積不變充入氦氣D．增加CO的濃度   E．分離出二甲醚
（4）CH₃OCH₃也可由CH₃OH合成．
已知反應2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），在某溫度下，在1L密閉容器中加入CH₃OH，反應到10分鐘時達到平衡，此時測得各組分的濃度如表：

物質	CH3OH	CH3OCH3	H2O
濃度/（mol•L-1）	0.01	0.2	0.2

①0-10min內反應速率v（CH₃OH）=0.04mol•L^-1•min^-1．
②該溫度下的平衡常數為400．
③若平衡后，再向容器中再加入0.01mol CH₃OH和0.2mol CH₃OCH₃，此時正、逆反應速率的大�。簐_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
根據蓋斯定律可知，將③-①可得②，據此計算a的值；
（2）①在CH₃OH燃料電池中，是還原劑，在負極發(fā)生氧化反應，在KOH介質中，生成碳酸根離子；
②電解K₂SO₄溶液中，電解池的陰極是氫離子放電生成氫氣，同時溶液中產生氫氧根離子，陽極是氫氧根離子放電生成氧氣；
（3）在反應3H₂（g）+3CO（g）=CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），△H=-247kJ/mol中，反應達到平衡，要提高CO的轉化率，可以通過降溫、加壓或降低生成物濃度的方法，增加CO時，CO的轉化率下降，加入催化劑，平衡不移動，體積不變充入氦氣，各反應中的物質的濃度不變，平衡不移動，據此答題；
（4）2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
①計算二甲醚的反應速率，結合反應速率之比等于化學計量數之比計算v（CH₃OH）；
②K=生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比；
③依據濃度商和平衡常數比較判斷反應進行的方向；

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
根據蓋斯定律可知，將③-①可得②，所以a=-86.98kJ•mol^-1-（-159.47kJ•mol^-1）=+72.49kJ．mol^-1，
故答案為：+72.49kJ．mol^-1；
（2）①在CH₃OH燃料電池中，是還原劑，在負極發(fā)生氧化反應，在KOH介質中，生成碳酸根離子，電極反應式為CH₃OH-6e-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②電解K₂SO₄溶液中，電解池的陰極是氫離子放電生成氫氣，同時溶液中產生氫氧根離子，所以KOH在D出口得到，陽極是氫氧根離子放電生成氧氣，電極反應式為4OH^-+4e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案為：D；4OH^-+4e^-=2H₂O+O₂↑；
（3）在反應3H₂（g）+3CO（g）=CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），△H=-247kJ/mol中，反應達到平衡，要提高CO的轉化率，可以通過降溫、加壓或降低生成物濃度的方法，增加CO時，CO的轉化率下降，加入催化劑，平衡不移動，體積不變充入氦氣，各反應中的物質的濃度不變，平衡不移動，故選AE；
（4）①由表格中的數據可知，v（CH₃OCH₃）=$\frac{0.2mol/L}{10min}$=0.02 mol•L^-1•min^-1，又反應速率之比等于化學計量數之比，v（CH₃OH）=2×0.02 mol•L^-1•min^-1=0.04 mol•L^-1•min^-1；
故答案為：0.04 mol•L^-1•min^-1；
②由表格中的數據及K的定義可知，K=$\frac{0.2×0.2}{0.01{\;}^{2}}$=400，
故答案為：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，說明平衡正向進行，v_正＞v_逆；
故答案為：＞；

點評 本題考查較為綜合，涉及化學平衡的移動、反應速率、平衡常數的計算等，題目難度中等，注意把握平衡常數的意義．