Question

(15分)化学反应原理在工业生产中具有十分重要的意义。

（1）工业生产可以用NH₃(g)与CO₂(g)经两步反应生成尿素，两步反应的能量变化示意图如下：

则NH₃(g)与CO₂(g)反应生成尿素的热化学方程式为_______________。

（2）已知反应Fe(s)＋CO₂(g） FeO(s)＋CO(g）ΔH＝a kJ·mol^－1。测得在不同温度下，该反应的平衡常数K随温度的变化如下：

温度(℃)	500	700	900
K	1.00	1.47	2.40

①该反应的化学平衡常数K的表达式为        ，a________0(填“>”、“<”或“＝”)。在500 ℃  2 L密闭容器中进行反应，Fe和CO₂的起始量均为4 mol，则5 min后达到平衡时CO₂的转化率为________，生成CO的平均速率v(CO)为_______________。

②700 ℃反应达到平衡后，要使反应速率增大且平衡向右移动， 可采取的措施有             。

（3）利用CO与H₂可直接合成甲醇，下图是由“甲醇-空气”形成的绿色燃料电池的工作原理示意图，写出以石墨为电极的电池工作时负极的电极反应式               ，利用该电池电解1L 0．5mol/L的CuSO₄溶液，当消耗560mLO₂（标准状况下）时，电解后溶液的pH＝（溶液电解前后体积的变化忽略不计）。

Answer

（除标记外，其余每空2分，每空2分，共16分）

（1）2NH3（g）+CO2（g）⇌H2O（l）+H2NCONH2（s）△H=-134kJ•mol-1

（2）① K=c(CO)/c(CO2） > （1分） 50% 0.2mol/(L ．min)

② 增加 CO2 的量、升高温度（填一种即可）

（3）CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+ 、1

【解析】

试题分析：（1）第一步：2NH3（g）+CO2（g）H2NCOONH4（l，氨基甲酸铵）△H1=-272KJ/mol，第二步：H2NCOONH4（l）H2O（l）+H2NCONH2（s）△H2=138KJ/mol，根据盖斯定律，两个过程相加得到2NH3（g）+CO2（g）⇌H2O（l）+H2NCONH2（s）△H=-134kJ•mol-1；

（2）①反应Fe（s）+CO2（g）═FeO（s）+CO（g）的平衡常数k=c(CO)/c(CO2)，由表中数据可知，对于反应①，温度越高平衡常数越大，说明升高温度平衡向正反应移动，升高温度平衡向吸热反应进行，所以a＞0，令平衡时参加反应的二氧化碳的物质的量为xmol，则：

Fe（s）+CO2（g）═FeO（s）+CO（g）

开始（mol）：4 0

变化（mol）：x x

平衡（mol）：4-x x 所以x/4−x=1 解得x=2，

二氧化碳的转化率为2/4×100%=50%，CO表示的平均速率v（CO）=2mol/2L×5min=0.2mol/（L•min）。②根据化学反应速率和化学平衡的影响因素，要使反应速率增大且平衡向右移动， 可采取的措施有增加 CO2 的量、升高温度。

（3）甲醇-空气燃料电池，甲醇失电子在酸性溶液中生成CO2 和水，发生氧化反应做负极，则电池工作时负极的电极反应式CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+，甲醇燃料电池的总反应为2CH3OH+3O2＝2CO2+4H2O 转移12e－，消耗标准状况下560mL氧气的物质的量为0.025mol，电解硫酸铜的总反应为2CuSO4 +2H2O2Cu+O2+2H2SO4 转移4e－，根据各个电极流经的电量相等可得3O2—6H2SO4 ，所以生成硫酸0.05mol，则C(H＋)=0.1mol/L，PH=1。

考点：考查热化学方程式的书写，平衡常数表达式，化学反应速率的计算和燃料电池等知识。