Question

7．化學(xué)反應(yīng)原理在工業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要的意義．
（1）工業(yè)生產(chǎn)可以用NH₃（g）與CO₂（g）經(jīng)兩步反應(yīng)生成尿素，兩步反應(yīng)的能量變化示意圖如下：

則NH₃（g）與CO₂（g）反應(yīng)生成尿素的熱化學(xué)方程式為2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol．
（2）已知反應(yīng)Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）△H=a kJ•mol^-1．測得在不同溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度的變化如下：

溫度（℃）	500	700	900
K	1.00	1.47	2.40

①該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K的表達(dá)式為$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$，a＞0（填“＞”、“＜”或“=”）．在500℃2L密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，F(xiàn)e和CO₂的起始量均為4mol，則5min后達(dá)到平衡時(shí)CO₂的轉(zhuǎn)化率為50%，生成CO的平均速率v（CO）為0.2mol/（Lmin）．
②700℃反應(yīng)達(dá)到平衡后，要使反應(yīng)速率增大且平衡向右移動(dòng)，可采取的措施有增加CO₂的量或者升高溫度．
（3）利用CO與H₂可直接合成甲醇，下圖是由“甲醇-空氣”形成的綠色燃料電池的工作原理示意圖，寫出以石墨為電極的電池工作時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，利用該電池電解1L 0.5mol/L的CuSO₄溶液，當(dāng)消耗560mLO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)，電解后溶液的pH=1（溶液電解前后體積的變化忽略不計(jì)）．

Answer 1

分析 （1）由圖示可知，兩步反應(yīng)的完成的熱效應(yīng)與一步完成的熱效應(yīng)是相同的，將兩個(gè)反應(yīng)相加可得；
（2）①化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫反應(yīng)①的平衡常數(shù)，注意固體不需要寫出；由表中數(shù)據(jù)可知，對(duì)于反應(yīng)①，溫度越高平衡常數(shù)越大，說明升高溫度平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，據(jù)此判斷a值的符號(hào)；
令平衡時(shí)參加反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量為xmol，利用三段式表示出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)都為1，前后氣體的物質(zhì)的量相等，用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)計(jì)算x的值，再利用轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算二氧化碳的轉(zhuǎn)化率；根據(jù)參加反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量計(jì)算生成的CO的物質(zhì)的量，再根據(jù)v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計(jì)算v（CO）；
②根據(jù)平衡移動(dòng)原理進(jìn)行分析解答；
（3）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)電子守恒求消耗的氫氧根離子濃度．

解答 解：（1）由圖示可知，兩步反應(yīng)的完成的熱效應(yīng)與一步完成的熱效應(yīng)是相同的，將兩個(gè)反應(yīng)相加可得2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol，
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol；
（2）①反應(yīng)Fe（s）+CO₂（g）═FeO（s）+CO（g）的平衡常數(shù)k=$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$，
由表中數(shù)據(jù)可知，對(duì)于反應(yīng)①，溫度越高平衡常數(shù)越大，說明升高溫度平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)進(jìn)行，故a＞0，
令平衡時(shí)參加反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量為xmol，則：
            Fe（s）+CO₂（g）═FeO（s）+CO（g）
開始（mol）：4                  0
變化（mol）：x                  x
平衡（mol）：4-x                 x
所以$\frac{x}{4-x}$=1，解得x=2，
故二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為$\frac{2mol}{4mol}$×100%=50%，
故CO表示的平均速率v（CO）=$\frac{\frac{2mol}{2L}}{5min}$=0.2mol/（L•min）
故答案為：$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$；＞；50%；0.2mol/（Lmin）；
②根據(jù)該反應(yīng)是氣體體積不變的吸熱反應(yīng)，所以要使反應(yīng)速率增大且平衡向右移動(dòng)，可采取的措施是增加CO₂的量或者升高溫度，
故答案為：增加CO₂的量或者升高溫度；
（3）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，依據(jù)電子守4OH^-～O₂～4e^-，當(dāng)消耗560mLO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)即$\frac{0.56}{22.4}$=0.025mol，依據(jù)電子守恒4OH^-～O₂～4e^-，則消耗的氫氧根離子物質(zhì)的量為0.025mol×4=0.1mol，所以溶液中氫離子的濃度為：$\frac{0.1}{1}$=0.1mol/L，故PH=1，
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查反應(yīng)速率計(jì)算、平衡常數(shù)、化學(xué)平衡計(jì)算、影響反應(yīng)速率與化學(xué)平衡移動(dòng)的因素、蓋斯定律與反應(yīng)熱的計(jì)算等，難度中等．