Question

【題目】CO2 和CH4是常見的化合物，同時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，達到平衡時，氨氣轉化率變化情況如圖所示。

①該反應的ΔH_____0（填“>” 或、“<” ），該反應自發進行的條件是_______________ (填“低溫”“高溫”或“任意溫度”） 若y表示反應開始時的氨碳比[]，則y1________y2。（填“>”、“<”或“=”）；

（2）t℃時，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達到平衡狀態的是________ (填字母)。

a．混合氣體的平均相對分子質量保持不變

b．CO2和NH3的體積分數保持不變

c．CO2和NH3的轉化率相等

d．混合氣體的密度保持不變

e．1molCO2生成的同時有 2molN—H鍵斷裂

II．工業上用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該反應逆反應速率表達式為：v逆=kc(CO) c3(H2)，k 為速率常數，在某溫度下測得實驗數據如表：

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

由上述數據可得該溫度下，該反應的逆反應速率常數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的量均為3 mol的CH4和水蒸氣，發生上述反應，5分鐘時達到平衡，此時H2的體積分數為60%，則在5分鐘內用CH4濃度變化表示的平均反應速率v(CH4)=________；該溫度下該反應的平衡常數K=________。平衡后再向容器中加入1 mol CH4和1 mol CO，平衡_______移動（填“正反應方向”或“逆反應方向”或“不”）。

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

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 正反應方向 AD

【解析】

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

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

II．①根據v逆=kc（CO）c3（H2）計算k的值；

②根據求出反應速率；根據計算平衡常數；通過濃度商與平衡常數的比較判斷反應移動方向；

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

Ⅰ、（1）圖象分析得到溫度升高，氨氣轉化率減小說明平衡逆向進行，正反應為放熱反應，所以ΔH<0；自發進行的判斷依據是△H-T△S＜0，該反應ΔH<0，△S＜0，所以需要低溫條件才能自發進行；壓強越大平衡正向進行，氨氣轉化率增大，若y表示壓強，則一定溫度下y1大于y2，若y表示反應開始時的水碳比，升溫平衡逆向進行，氨氣轉化率減小，一定溫度下，水和二氧化碳之比越大，平衡逆向進行，氨氣轉化率越小，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，反應初始和徹底進行平均相對分子質量不同，混合氣體的平均相對分子質量保持不變時說明平衡不再移動，故正確；

b．反應達到平衡各組分體積分數不變，CO2和NH3的體積分數保持不變說明平衡，故正確；

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

d．混合氣體體積不變，平衡右移時有固體生成，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平衡，故正確；

e．一個氨氣分子中有3個N—H鍵，2molN—H鍵斷裂即2/3mol氨氣反應，1molCO2生成的同時有 2molN—H鍵斷裂時正反應速率和逆反應速率不相等，故錯誤；

故答案為：abd；

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

故答案為：40500；

②設轉化的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

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

故答案為：40500；mol L-1min－1；48；正反應方向；

III．可能發生的反應：CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O、CO2+NaOH=NaHCO3，NaOH的物質的量為0.2L×0.15mol/L=0.03mol，1＜n（NaOH）：n（CO2）=3：2＜2，則反應得到Na2CO3、NaHCO3混合溶液，設二者物質的量分別為xmol、ymol，則 ，解得x=y=0.01，即溶液中的溶質為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項正確；

B．根據物料守恒可知2c (Na+)=3[c(CO32-)+ c(HCO3-)+ c(H2CO3)]，B項錯誤；

C．根據電荷守恒可知c (Na+)+c(H+)=c(HCO3-)+ 2c(CO32-)+c(OH-)，C項錯誤；

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

故答案為：AD。