Question

【題目】氮、硫的化合物合成、應(yīng)用以及對(duì)環(huán)境的影響一直是科學(xué)界研究的熱點(diǎn)。

(1)尿素主要以NH3和CO2為原料進(jìn)行合成。主要通過(guò)以下兩個(gè)反應(yīng)進(jìn)行:

反應(yīng)1：2NH3(l)+CO2(g)H2NCOONH4(l)　ΔH1= -117.2 kJ·mol-1

反應(yīng)2：H2NCOONH4(l)H2O(l)+CO(NH2)2(l)　ΔH2=+21.7 kJ·mol-1

請(qǐng)回答：CO(NH2)2 (l)+H2O(l)2NH3(l)+CO2(g) ΔH3=_____________，該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的主要原因是__________________．

(2)焦炭催化還原SO2生成S2，化學(xué)方程式為：2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g)，在恒容容器中，1 mol/LSO2與足量的焦炭反應(yīng)，SO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖所示。

①若700℃發(fā)生該反應(yīng)，經(jīng)3分鐘達(dá)到平衡，計(jì)算0—3分鐘v(S2)=_______molL-1min-1，該溫度下的平衡常數(shù)為_________．

②若該反應(yīng)在起始溫度為700℃的恒容絕熱容器中進(jìn)行，達(dá)到平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率________90%(填“＞”、“＜”或“=”)．

③下列說(shuō)法一定能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_______．

A．焦炭的質(zhì)量不再變化時(shí)

B．CO2、SO2的濃度相等時(shí)

C．SO2的消耗速率與CO2的生成速率之比為1:1

D．容器的總壓強(qiáng)不再變化時(shí)

(3) NO2、O2和熔融KNO3可制作燃料電池，其原理如圖所示．

石墨I附近發(fā)生的反應(yīng)為__________________________________，當(dāng)外電路通過(guò)1mole-，正極上共消耗_______mol N2O5 。

Answer 1

【答案】+95.5 kJ·mol-1 ΔS＞0 0.15 36.45 ＜ AD NO2+NO3--e-=N2O5 0.5

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律（反應(yīng)1+反應(yīng)2）×（-1）得到；反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是△H-T△S＜0；

（2）①利用反應(yīng)的三段式結(jié)合反應(yīng)速率公式、平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；

②700℃時(shí)升高溫度，SO2的轉(zhuǎn)化率降低，則平衡逆向移動(dòng)，正向反應(yīng)為放熱反應(yīng)，該體系相當(dāng)在恒溫恒容平衡體系中升溫，平衡逆向移動(dòng)；

③化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進(jìn)行判斷；

（3）石墨I為電池的負(fù)極：NO2失電子生成N2O5，寫出電極反應(yīng)式；寫出反應(yīng)的總方程式再計(jì)算電子轉(zhuǎn)移數(shù)。

(1)反應(yīng)1：2NH3(l)+CO2(g)H2NCOONH4(l)　ΔH1= -117.2 kJ·mol-1

反應(yīng)2：H2NCOONH4(l)H2O(l)+CO(NH2)2(l)　ΔH2=+21.7 kJ·mol-1

根據(jù)蓋斯定律（反應(yīng)1+反應(yīng)2）×（-1）得到：CO(NH2)2 (l)+H2O(l)2NH3(l)+CO2(g) ΔH3=[-117.2 kJ·mol-1+(+21.7 kJ·mol-1)]×（-1）=+95.5 kJ·mol-1 ，該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的主要原因是：該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)能發(fā)生則△S＞0；

(2)① 反應(yīng)的三段式為 2C（s）+2SO2（g）S2（g）+2CO2（g）

起始濃度（mol·L－1） 1 0 0

變化濃度（mol·L－1） 0.9 0.45 0.9

平衡濃度（mol·L－1） 0.1 0.45 0.9

v（S2）=△c÷△t=0.45mol·L－1÷3min=0.15mol/（L·min）

該溫度下的平衡常數(shù)k= = =36.45；

②1 mol·L－1SO2與足量的焦炭在恒容、700℃反應(yīng)時(shí)，SO2的轉(zhuǎn)化率為90%，若1 mol·L－1SO2與足量的焦炭在恒容、絕熱容器中反應(yīng)，由于反應(yīng)放熱，容器內(nèi)溫度升高，所以恒容、絕熱容器中的反應(yīng)相當(dāng)在恒容、700℃反應(yīng)平衡的基礎(chǔ)上升溫，則平衡逆向進(jìn)行，SO2的轉(zhuǎn)化率降低；

③A．焦炭的質(zhì)量減少，則反應(yīng)正向進(jìn)行，焦炭的質(zhì)量增加，則反應(yīng)逆向進(jìn)行，若焦炭的質(zhì)量不再變化時(shí)，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；

B．CO2、SO2的濃度相等時(shí)，不能確定正逆反應(yīng)速率是否相等，所以不能確定反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；

C．無(wú)論反應(yīng)是否達(dá)到平衡，SO2的消耗速率與CO2的生成速率始終相等，所以SO2的消耗速率與CO2的生成速率之比為1：1時(shí)，不能確定反應(yīng)狀態(tài)是否平衡，故C錯(cuò)誤；

D．反應(yīng)正向是氣體體積增大的反應(yīng)，反應(yīng)正向進(jìn)行，容器壓強(qiáng)增大，逆向進(jìn)行，容器壓強(qiáng)減小，所以容器的總壓強(qiáng)不再變化時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；

故選AD；

（3）石墨I，NO2失電子生成N2O5，附近發(fā)生的反應(yīng)為NO2+NO3--e-=N2O5；

總反應(yīng)為：4NO2+O2=2N2O5，每轉(zhuǎn)移4mol電子，生成2molN2O5，當(dāng)外電路通過(guò)1mole-，正極上共消耗 0.5mol N2O5 。