Question

12．化學反應原理在工業(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)兩步反應生成尿素，兩步反應的能量變化示意圖如下（如圖1）：

則NH₃（g）與CO₂（g）反應生成尿素的熱化學方程式為2NH₃（g）+CO₂（g）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（s）△H=-134kJ•mol^-1．
（2）已知反應Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）△H=a kJ•mol^-1．測得在不同溫度下，該反應的平衡常數(shù)K隨溫度的變化如下：

溫度（℃）	500	700	900
K	1.00	1.47	2.40

①該反應的化學平衡常數(shù)K的表達式為K=$\frac{c（CO）}{c（C{O}_{2}）}$，a＞0（填“＞”、“＜”或“=”）．在500℃2L密閉容器中進行反應，F(xiàn)e和CO₂的起始量均為4mol，則5min后達到平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率為50%，生成CO的平均速率v （CO）為0.2mol/（L•min）．
②700℃反應達到平衡后，要使反應速率增大且平衡向右移動，可采取的措施有增加CO₂的量、升高溫度．
（3）利用CO與H₂可直接合成甲醇，圖2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負極的電極反應式CH₃OH-6e^-+H₂O?CO₂+6H⁺，利用該電池電解1L 0.5mol/L的CuSO₄溶液，當消耗560mLO₂ （標準狀況下），電解后溶液的pH=1（溶液電解前后體積的變化忽略不計）．

Answer 1

分析 （1）由圖示可知，兩步反應的完成的熱效應與一步完成的熱效應是相同的；
（2）①化學平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫反應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，對于反應①，溫度越高平衡常數(shù)越大，說明升高溫度平衡向正反應移動，據(jù)此判斷a值的符號；
令平衡時參加反應的二氧化碳的物質(zhì)的量為xmol，利用三段式表示出平衡時各組分的物質(zhì)的量，氣體的化學計量數(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)計算x的值，再利用轉(zhuǎn)化率定義計算二氧化碳的轉(zhuǎn)化率；根據(jù)參加反應的二氧化碳的物質(zhì)的量計算生成的CO的物質(zhì)的量，再根據(jù)v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計算v（CO）；
②根據(jù)平衡移動原理進行分析解答；
（3）負極發(fā)生氧化反應，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，兩步反應的完成的熱效應與一步完成的熱效應是相同的，將兩個反應相加可得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，對于反應①，溫度越高平衡常數(shù)越大，說明升高溫度平衡向正反應移動，升高溫度平衡向吸熱反應進行，故a＞0，
令平衡時參加反應的二氧化碳的物質(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)該反應是氣體體積不變的吸熱反應，所以要使反應速率增大且平衡向右移動，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）負極發(fā)生氧化反應，負極CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，依據(jù)電子守4OH^-～O₂～4e^-，當消耗560mLO₂（標準狀況下）時即$\frac{0.56}{22.4}$=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：$\frac{0.1mol}{1L}$=0.1mol/L，故PH=1；
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；1．

點評 本題考查反應速率計算、平衡常數(shù)、化學平衡計算、影響反應速率與化學平衡移動的因素、蓋斯定律與反應熱的計算等，難度中等，側重于考查學生的分析能力和計算能力．