Question

【題目】CO2 和CH4是常見的化合物，同時(shí)也是常用的化工原料。

Ⅰ．以CO2與NH3為原料可以合成尿素[CO(NH2)2]。合成尿素的反應(yīng)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(dá)到平衡時(shí)，氨氣轉(zhuǎn)化率變化情況如圖所示。

①該反應(yīng)的ΔH_____0（填“>” 或、“<” ），該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是_______________ (填“低溫”“高溫”或“任意溫度”） 若y表示反應(yīng)開始時(shí)的氨碳比[]，則y1________y2。（填“>”、“<”或“=”）；

（2）t℃時(shí)，若向容積固定的密閉容器中加入一定量的 NH3和CO2合成尿素，下列敘述能說明此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________ (填字母)。

a．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變

b．CO2和NH3的體積分?jǐn)?shù)保持不變

c．CO2和NH3的轉(zhuǎn)化率相等

d．混合氣體的密度保持不變

e．1molCO2生成的同時(shí)有 2molN—H鍵斷裂

II．工業(yè)上用CH4與水蒸氣在一定條件下制取H2，：CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g) ΔH = + 203 kJmol－1

①該反應(yīng)逆反應(yīng)速率表達(dá)式為：v逆=kc(CO) c3(H2)，k 為速率常數(shù)，在某溫度下測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表：

CO濃度(molL－1)	H2濃度(molL－1)	逆反應(yīng)速率(molL－1min－1)
0.05	c1	4.8
c2	c1	19.2
c2	0.1	8.1

由上述數(shù)據(jù)可得該溫度下，該反應(yīng)的逆反應(yīng)速率常數(shù)k為____L3mol－3min－1。

②某溫度下，在體積為3 L的密閉容器中通入物質(zhì)的量均為3 mol的CH4和水蒸氣，發(fā)生上述反應(yīng)，5分鐘時(shí)達(dá)到平衡，此時(shí)H2的體積分?jǐn)?shù)為60%，則在5分鐘內(nèi)用CH4濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v(CH4)=________；該溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________。平衡后再向容器中加入1 mol CH4和1 mol CO，平衡_______移動(dòng)（填“正反應(yīng)方向”或“逆反應(yīng)方向”或“不”）。

III．在常溫下，將0.02mol CO2通入200mL 0.15mol/L的NaOH溶液中，充分反應(yīng)后下列關(guān)系式中正確的是_____________________

A．c(Na+)>c(HCO3-)> c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)

B．3c (Na+)=2[c(CO32-)+ c(HCO3-)+ c(H2CO3)]

C．c (Na+)+c(H+)=c(HCO3-)+ c(CO32-)+c(OH-)

D．c(HCO3-)+ 3c(H2CO3)+2c(H+)= c(CO32-)+2c(OH-)

Answer 1

【答案】< 低溫 < abd 40500 mol L-1min－1 48 正反應(yīng)方向 AD

【解析】

Ⅰ、（1）通過圖象分析溫度升高，氨氣轉(zhuǎn)化率的變化從而分析反應(yīng)吸放熱；自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0，結(jié)合反應(yīng)特征分析判斷需要的條件；若y表示反應(yīng)開始時(shí)的水碳比，升溫平衡逆向進(jìn)行，氨氣轉(zhuǎn)化率減小，一定溫度下，水和二氧化碳之比越大，平衡逆向進(jìn)行，氨氣轉(zhuǎn)化率越小，則y1小于y2；

（2）平衡時(shí)是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變，原則是變量不變分析選項(xiàng)；

II．①根據(jù)v逆=kc（CO）c3（H2）計(jì)算k的值；

②根據(jù)求出反應(yīng)速率；根據(jù)計(jì)算平衡常數(shù)；通過濃度商與平衡常數(shù)的比較判斷反應(yīng)移動(dòng)方向；

III．可能發(fā)生的反應(yīng)：CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O、CO2+NaOH=NaHCO3，NaOH的物質(zhì)的量為0.2L×0.15mol/L=0.03mol，先分析0.02mol CO2通入之后溶液的溶質(zhì)，再進(jìn)行判斷；

Ⅰ、（1）圖象分析得到溫度升高，氨氣轉(zhuǎn)化率減小說明平衡逆向進(jìn)行，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以ΔH<0；自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0，該反應(yīng)ΔH<0，△S＜0，所以需要低溫條件才能自發(fā)進(jìn)行；壓強(qiáng)越大平衡正向進(jìn)行，氨氣轉(zhuǎn)化率增大，若y表示壓強(qiáng)，則一定溫度下y1大于y2，若y表示反應(yīng)開始時(shí)的水碳比，升溫平衡逆向進(jìn)行，氨氣轉(zhuǎn)化率減小，一定溫度下，水和二氧化碳之比越大，平衡逆向進(jìn)行，氨氣轉(zhuǎn)化率越小，則y1小于y2；

故答案為：<；低溫；<；

（2）a．生成物有固體，利用極限法考慮，反應(yīng)初始和徹底進(jìn)行平均相對(duì)分子質(zhì)量不同，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變時(shí)說明平衡不再移動(dòng)，故正確；

b．反應(yīng)達(dá)到平衡各組分體積分?jǐn)?shù)不變，CO2和NH3的體積分?jǐn)?shù)保持不變說明平衡，故正確；

c．反應(yīng)加入一定量的 NH3和CO2，若按2:1加入，則二者轉(zhuǎn)化率始終相等，若不按2:1加入，二者轉(zhuǎn)化率不可能相等，故CO2和NH3的轉(zhuǎn)化率相等不能說明平衡，故錯(cuò)誤；

d．混合氣體體積不變，平衡右移時(shí)有固體生成，氣體體積減小，即密度減小，所以混合氣體的密度保持不變說明反應(yīng)平衡，故正確；

e．一個(gè)氨氣分子中有3個(gè)N—H鍵，2molN—H鍵斷裂即2/3mol氨氣反應(yīng)，1molCO2生成的同時(shí)有 2molN—H鍵斷裂時(shí)正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率不相等，故錯(cuò)誤；

故答案為：abd；

（3）①根據(jù)v逆=kc（CO）c3（H2），由表中數(shù)據(jù)，c13=mol3/L3，則c2=mol/L=0.2mol/L，所以k=L3mol3min1=40500L3mol3min1，

故答案為：40500；

②設(shè)轉(zhuǎn)化的CH4為amol/L，容器體積為3L，則初始c(CH4)=3mol/3L=1mol/L，c(H2O)=3mol/3L=1mol/L，列三段式

氫氣的體積分?jǐn)?shù)為=60%，解得a=2/3mol/L，則v(CH4)== mol L-1min－1；平衡常數(shù)==48；平衡后再向容器中加入1 mol CH4和1 mol CO，此時(shí)濃度商Q=，所以反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，

故答案為：40500；mol L-1min－1；48；正反應(yīng)方向；

III．可能發(fā)生的反應(yīng)：CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O、CO2+NaOH=NaHCO3，NaOH的物質(zhì)的量為0.2L×0.15mol/L=0.03mol，1＜n（NaOH）：n（CO2）=3：2＜2，則反應(yīng)得到Na2CO3、NaHCO3混合溶液，設(shè)二者物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，則 ，解得x=y=0.01，即溶液中的溶質(zhì)為Na2CO3和NaHCO3；

A．溶液顯堿性，且碳酸根的水解程度大于碳酸氫根的電離程度，所以溶液中存在：c(Na+)>c(HCO3-)> c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)，A項(xiàng)正確；

B．根據(jù)物料守恒可知2c (Na+)=3[c(CO32-)+ c(HCO3-)+ c(H2CO3)]，B項(xiàng)錯(cuò)誤；

C．根據(jù)電荷守恒可知c (Na+)+c(H+)=c(HCO3-)+ 2c(CO32-)+c(OH-)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；

D．電荷守恒和物流守恒聯(lián)立消去鈉離子即得c(HCO3-)+ 3c(H2CO3)+2c(H+)= c(CO32-)+2c(OH-)（質(zhì)子守恒），故D項(xiàng)正確；

故答案為：AD。