Question

第21届联合国气候大会于2015年11月30日在巴黎召开，会议的主题是减少温室气体排放量。

Ⅰ．CO2 加氢合成甲醇是合理利用 CO2 的有效途径。由 CO2 制备甲醇过程可能涉及反应如下：

反应①:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)△H1=﹣49.58kJ•mol﹣1

反应②:CO2(g)+H2(g) CO (g)+H2O(g)△H2

反应③:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)△H3=﹣90.77kJ•mol﹣1，回答下列问题：

（1）反应②的△H2=              ，反应 ① 自发进行条件是         (填“较低温”、“较高温”或“任何温度”)。

（2）某温度下，在体积为2 L的恒容密闭容器中，按如下方式加入反应物，仅发生反应①。一段时间后达到平衡。

容器	甲	乙
反应物投入量	2mol CO2、6mol H2	a mol CO2、b mol H2 c mol CH3OH(g)、c mol H2O(g)

测得甲中CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①前3min内，平均反应速率v(H2)＝       mol·L－1·min－1。此温度下该反应的平衡常数为

       (结果保留两位小数) 。

②下列措施中，既能使反应速率加快，又能使n(CH3OH)／n(CO2)增大是         。

A．升高温度                    B．充入惰性气体       

C．将H2O(g)从体系中分离        D．再充入1mol H2                           

E.再充入1 mol CO2                         F.加入催化剂

③反应达到平衡后，若向反应体系再加入CO2(g)、H2(g) 、CH3OH(g)、H2O(g)各1mol，化学平衡

          (填“正向”、“逆向”或“不”)移动。

④要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持化学反应向逆反应方向进行，则c的取值范围为                。

Ⅱ.工业上可用CO2与NH3合成制尿素的原料氨基甲酸铵(H2NCOONH4)。氨基甲酸铵极易发生：H2NCOONH4+2H2O NH4HCO3+NH3·H2O，该反应酸性条件下更彻底。25℃，向l L 0.1 mol·L-1的盐酸中逐渐加入氨基甲酸铵粉末至溶液呈中性(忽略溶液体积变化)，共用去0.052 mol氨基甲酸铵。若此时溶液中几乎不含碳元素，则该溶液中 c(NH4+)=____________，NH4+水解常数Kh=________。

Answer

（1）+41.19 kJ•mol﹣1；较低温（2）① 0.5；0.15② D③正向 ④ 1.0 mol/L＜c≤2 mol/LⅡ.0.1mol/L ；4×10-9mol/L

【解析】

试题分析：（1）反应①:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.58kJ•mol-1

反应②:CO2(g)+H2(g) CO (g)+H2O(g)△H2

反应③:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)△H3=-90.77kJ•mol-1

根据盖斯定律，反应②可以是①-③得到，所以反应②的焓变△H2=(-49.58kJ•mol-1)-(-90.77kJ•mol-1)=+41.19 kJ•mol-1；根据反应自发行的判据：△H-T△S＜0，反应③是熵减的放热的反应，所以要自发进行需要在较低温下进行，

故答案为：+41.19 kJ•mol-1；较低温；

（2）①前3min内，平均反应速率v(CH3OH)＝=mol·L－1·min－1，则v(H2)=3×mol·L－1·min－1=0.5 mol·L－1·min－1，CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

开始(mol/L) 1 3 0 0

反应 0.5 1.5 0.5 0.5

平衡 0.5 1.5 0.5 0.5

此温度下该反应的平衡常数为=0.15，故答案为：0.5；0.15；

②A．该反应为放热反应，升高温度，平衡向左移动，n(CH3OH)／n(CO2)减小，错误；B．充入惰性气体，平衡不移动，n(CH3OH)／n(CO2)不变，错误；C．将H2O(g)从体系中分离，平衡向右移动，n(CH3OH)／n(CO2)增大，正确；D．再充入1mol H2，平衡向右移动，n(CH3OH)／n(CO2)增大，正确；E.再充入1 mol CO2尽管平衡向右移动，但n(CH3OH)／n(CO2)，减小，错误；F.加入催化剂，平衡不移动，n(CH3OH)／n(CO2)不变，错误；故选D；

③反应达到平衡后，若向反应体系再加入CO2(g)、H2(g) 、CH3OH(g)、H2O(g)各1mol，此时Qc=＜K=0.15，故平衡向右移动，故答案为：正向

④根据恒温恒容条件下的等效平衡的思想则有甲和乙为完全等效，即a+c=2，b+3c=6，要使反应始终向逆向进行，则c＞1，故c的范围为1.0mol＜c≤2 mol，故答案为：1.0mol＜c≤2 mol；

Ⅱ.因为氨基甲酸铵极易水解成碳酸铵，即反应式为NH2COONH4(s)+H2O⇌(NH4)2CO3，加入1L0.1mol/L的盐酸溶液中直到溶液pH=7并且溶液中几乎不含碳元素，所以溶液中只有H+、NH4+、OH-、Cl-，根据电荷守恒c(NH4+)=c(Cl-)=0.1mol/L，又用去0.052mol氨基甲酸铵，所以开始溶液中的铵根离子浓度为0.052mol/L×2=0.104mol/L，

NH4++H2ONH3•H2O+H+；

开始 0.104mol/L 0

转化 0.004mol/L 0.004mol/L

平衡 0.1mol/L 0.004mol/L

又溶液为pH=7，所以氢离子浓度为10-7mol/L，则NH4+水解平衡常数K===4×10-9，故答案为：0.1mol/L；4×10-9。

考点：考查了热化学方程式书写、化学反应速率、化学平衡常数和平衡的移动原理、弱碱根离子在溶液中的水解平衡的计算应用等相关知识。