Question

CO₂和CO是工業排放的對環境產生影響的廢氣。
（1）以CO₂與NH₃為原料合成化肥尿素的主要反應如下：
①2NH₃(g)＋CO₂(g)＝NH₂CO₂NH₄(s)；ΔH＝－159.47 kJ·mol^－1
②NH₂CO₂NH₄(s)＝CO(NH₂)₂(s)＋H₂O(g)；ΔH＝a kJ·mol^－1
③2NH₃(g)＋CO₂(g)＝CO(NH₂)₂(s)＋H₂O(g)；ΔH＝－86.98 kJ·mol^－1
則a為            。
（2）科學家們提出用工業廢氣中的CO₂制取甲醇：CO₂+3H₂CH₃OH+H₂O。制得的CH₃OH可用作燃料電池的燃料。

①在KOH介質中，負極的電極反應式為_________________________________。
②作介質的KOH可以用電解K₂SO₄溶液的方法制得。則KOH在_______出口得到,陽極的電極反應式是：_____________________________________。
（3）利用CO與H₂反應可合成CH₃OCH₃。
已知：3H₂(g) + 3CO(g)  CH₃OCH₃(g) + CO₂(g)，ΔH＝-247kJ/mol
在一定條件下的密閉容器中，該反應達到平衡，要提高CO的轉化率，可以采取的措施是           .

A．低溫高壓；

B．加入催化劑；

C．體積不變充入氦氣；

D．增加CO的濃度；E．分離出二甲醚

（4）CH₃OCH₃也可由CH₃OH合成。已知反應2CH₃OH(g)  CH₃OCH₃(g) + H₂O(g)，在某溫度下，在1L密閉容器中加入CH₃OH ，反應到10分鐘時達到平衡，此時測得各組分的濃度如下：

物質	CH3OH	CH3OCH3	H2O
濃度/（mol·L－1）	0.01	0.2	0.2

 
①0-10 min內反應速率v(CH₃OH) ＝               。
②該溫度下的平衡常數為              。
③若平衡后，再向容器中再加入0.01mol CH₃OH和0.2mol CH₃OCH₃，此時正、逆反應速率的大小：
v_正        v_逆 （填“>”、“<”或“＝”)。

Answer 1

（1）+72.49kJ．mol^－1  （2分）
（2）①CH₃OH -6e-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O（2分）
②D （2分）4OH^- + 4e^- = 2H₂O + O₂↑ （2分）
（3）AE （2分）
（4）①0.04 mol·L^-1·min^-1（2分）②  400（2分） ③ ＞ （2）

試題分析：（1）依據熱化學方程式和蓋斯定律①+②=③，得到-159.47KJ/mol+a=-86.98KJ/mol，a=+72.49KJ/mol；
（2）①甲醇作燃料制成的燃料電池生成的CO₂被堿溶液吸收生成K₂CO₃，總反應式為：2CH₃OH+4KOH+3O₂=2K₂CO₃+6H₂O,所以甲醇在負極失去電子，負極的電極反應式為：2CH₃OH-12e^- +16OH^- =2CO₃^2- +12H₂O，正極則為：3O₂+12e^-+6H₂O=12OH^-
②電解K₂SO₄溶液實質就是電解水，陽極水電離的OH-失去電子被氧化，陽極產生大量H+，SO₄^2-通過陰離子交換膜到達陽極，從A口出得到硫酸，陽極電極反應式為：4OH^- + 4e^- = 2H₂O + O₂↑；而陰極水電離得H⁺得到電子被還原，所以會有大量OH-生成，K⁺通過陽離子交換膜進入陰極，在D口出得到KOH，陰極反應式為:4H⁺+ 4e^- =2H₂↑。
（3）由反應可知正反應為放熱、前后氣體系數減少的反應，所以增大壓強、降低溫度有利于正反應提高CO的轉化率，所以A可行；加入催化劑只能加快反應速率，不能改變平衡，B不可行；體積不變充入氦氣不改變各參加反應氣體的濃度，不會改變平衡，因此C項不能提高CO轉化率；增加CO的濃度能使平衡正向移動，但是CO的轉化率反而降低；E項分離出生成物二甲醚，可以使反應正向移動，所以能提高CO的轉化率，所以E可行；故選AE。
（4）根據表中數據有：2CH₃OH(g)  CH₃OCH₃(g) + H₂O(g)
初始濃度（mol/L）：     0.41            0           0
轉化濃度（mol/L）：      0.4             0.2        0.2
平衡濃度（mol/L）：      0.01            0.2        0.2
所以①0-10 min內反應速率v(CH₃OH) ＝0.4 mol/L÷10min=0.04 mol·L^-1·min^-1
②該溫度下的平衡常數K=0.2×0.2÷0.01² =400
③因為此平衡時，容器中有0.01mol CH₃OH和0.2mol CH₃OCH₃ 、0.2mol H₂O，若恒溫恒容下再向容器中再加入同樣的0.01mol CH₃OH和0.2mol CH₃OCH₃、0.2mol H₂O，則達到等效平衡，平衡不移動。但是只加入0.01mol CH₃OH和0.2mol CH₃OCH₃ 則不能達到等效平衡，平衡向正反應方向移動，所以此時v_正>v_逆 。