Question

化学反应原理在工业生产中具有十分重要的意义。

（1）合成氨用的氢气有多种制取方法：请你写出用C制备水煤气的化学反应方程式     。还可以由天然气或重油制取氢气：CH₄＋H₂O(g) 高温催化剂CO＋3H₂；比较以上两种方法转移6mol电子时，C和CH₄的质量之比是         。

（2）工业生产可以用NH₃（g）与CO₂（g）经过两步反应生成尿素，两步反应的能量变化示意图如下：

则NH₃（g）与CO₂（g）反应生成尿素的热化学方程式为                   。

（3）已知反应Fe（s）+CO₂（g）＝FeO（s）+CO（g）  △H＝akJ/mol。测得在不同温度下，该反应的平衡常数K随温度的变化如下：

①该反应的化学平衡常数表达式K=      ，a     0（填“>”、“<”或“：”）。在500℃2L密闭容器中进行反应，Fe和CO₂的起始量均为4 mol，则5min后达到平街时CO₂的转化率为    ，生成CO的平均速率v（CO）为     。

②700℃反应达到平衡后，要使该平衡向右移动，其他条件不变时，可以采取的措施有    （填字母）。

A．缩小反应器容积    B．增加Fe的物质的量

C．升高温度到900℃           D．使用合适的催化剂

 

Answer 1

【答案】

（15分，最后一问1分，其余每空2分）（1）C＋H₂O(g) CO＋H₂；9:4

（2）2NH₃（g）+CO₂（g）＝H₂O（l）+CO(NH₂)₂（s） △H＝－134kJ/mol

（3）①；＞；50%；0.2mol/(L·min)  ②C

【解析】

试题分析：（1）高温下碳和水蒸气反应生成氢气和CO，反应的化学方程式是C＋H₂O(g) CO＋H₂；反应中碳的化合价从0价升高到＋2价，转移2个电子。因此转移6mol电子时，消耗碳单质的质量是：12g/mol×3mol＝36g。在反应CH₄＋H₂O(g) 高温催化剂CO＋3H₂中碳的化合价从－4价升高到＋2价，转移6个电子。因此转移6mol电子时消耗甲烷的质量是16g，所以以上两种方法转移6mol电子时，C和CH₄的质量之比是36:16＝9:4。

（2）根据图像可知，第一步反应中反应物的总能量高于生成物的总能量，因此是放热反应，反应的热化学方程式是2NH₃（g）+CO₂（g）＝H₂NCOONH₄（l，氨基甲酸铵）   △H₁＝－272KJ/mol；第二步反应中，反应物的总能量低于生成物的总能量，因此反应是吸热反应，反应的化学方程式是H₂NCOONH₄（l）＝H₂O（l）+ CO(NH₂)₂（s）  △H₂＝＋138KJ/mol。根据盖斯定律可知，两个过程相加即得到NH₃（g）与CO₂（g）反应生成尿素的热化学方程式，即为2NH₃（g）+CO₂（g）＝H₂O（l）+ CO(NH₂)₂（s）   △H＝－272KJ/mol＋138KJ/mol＝－134kJ/mol。

（3）①化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以根据反应Fe（s）+CO₂（g）＝FeO（s）+CO（g）可知，该反应的平衡常数K＝。由表中数据可知，对于反应①，温度越高平衡常数越大，说明升高温度平衡向正反应方向移动。由于升高温度平衡向吸热反应方向进行，故a＞0。令平衡时参加反应的二氧化碳的物质的量浓度为xmol，则：

Fe（s）+CO₂（g）＝FeO（s）+CO（g）

起始浓度（mol/L）         2                  0

转化量（mol/L）           x                  x

平衡量（mol/L）         2－x                 x

所以根据平衡常数的表达式可知＝1，解得x＝1，所以二氧化碳的转化率为×100%＝50%。其中CO表示的平均速率v（CO）＝＝0.2mol/（L•min）。

②A、反应前后体积不变，缩小反应器容积，压强增大，化学平衡不移动，故A错误；

B、铁是固体，增加Fe的物质的量，不会引起化学平衡的移动，故B错误；

C、正方应是吸热反应，升高温度到900℃，化学平衡正向移动，故C正确；

D、催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡状态，所以使用合适的催化剂，不会引起化学平衡的移动，故D错误，答案选C。

考点：考查氧化还原反应方程式的书写和计算；热化学方程式的书写；化学平衡常数的有关应用和计算；外界条件对平衡状态的影响等