Question

【題目】(15分)CO是合成尿素、甲酸的原料。

（1）在100 kPa和T K下，由穩定單質生成1 mol化合物的焓變稱為該物質在T K時的標準摩爾生成焓，用符號ΔHm0表示。已知石墨和CO的標準燃燒熱分別為393.5 kJmol1和283.0 kJmol1，則CO(g)的ΔHm0= 。

（2）合成尿素的反應：2NH3(g) + CO(g) == CO(NH2)2(g) + H2(g) ΔH =81.0 kJmol1。

①T ℃時，在體積為2 L的恒容密閉容器中，將2 molNH3和1 mol CO混合發生反應，5 min時，NH3的轉化率為80%。則0～5 min內的平均反應速率為v(CO)= 。

②已知：

溫度/K	398	498	…
平衡常數(K)	126.5	K1	…

則：K1 126.5(填“＞”或“＜”)；其判斷理由是 。

③若保持恒溫恒容條件，將物質的量之和為3 mol的NH3和CO以不同的氨碳比進行反應，結果如圖所示：

若圖中c表示平衡體系中尿素的體積分數，則a表示 的轉化率。

當= 時，尿素含量最大；此時，對于該反應既能增大正反應速率又能使平衡正向移動的措施是 (寫一種)。

（3）通過人工光合作用可將CO轉化成HCOOH。

①已知常溫下，濃度均為0.1 molL1的HCOOH和HCOONa混合溶液pH =3.7，則HCOOH的電離常數Ka的值為 (已知lg2=0.3)。

②用電化學可消除HCOOH對水質造成的污染，其原理是電解CoSO4、稀硫酸和HCOOH混合溶液，用電解產生的Co3+將HCOOH氧化成CO2。Co3+氧化HCOOH的離子方程式為 ；忽略體積變化，電解前后Co2+的濃度將 (填“增大”、“減小”或“不變”)。

Answer 1

【答案】（1）110.5 kJmol1 (2分)

（2）①0.08 molL1min1 (1分)

②＜(1分) 合成尿素的反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，K減小(2分)

③CO(1分) 2(1分) 按物質的量之比為2∶1再加入NH3和CO(2分)

（3）①2×104(2分)

②2Co3++HCOOH==CO2↑+2Co2++2H+(2分) 不變(1分)

【解析】（1）碳元素的穩定單質是石墨，則CO的ΔHm0應為反應C(s,石墨)+O2(g)==CO(g)的焓變，由石墨和CO的標準燃燒熱可得熱化學方程式：

① C(s,石墨) + O2(g) == CO2(g) ΔH1=393.5 kJmol1

② CO(g) + O2(g)==CO2(g) ΔH2=283.0 kJmol1

根據蓋斯定律，①②得：C(s,石墨)+O2(g)==CO(g) ΔHm0=110.5 kJmol1。

（2）①5 min時，氨氣的轉化率為80%，則反應的NH3為2 mol×80%=1.6 mol，則CO反應了0.8 mol，Δc(CO)=0.4 molL1，v(CO)= 0.08 molL1min1。②已知合成尿素的反應為放熱反應，則溫度升高，平衡逆向移動，K減小，因此498K時的平衡常數小于398 K的平衡常數，即K1＜126.5。③圖像中曲線a隨著氨碳比的增大而增大，根據平衡移動規律，反應物中NH3占比增大時，CO的轉化率增大，所以圖中曲線a對應的是CO的轉化率。從圖像可直接看出，當=2時，尿素含量最大；升高溫度能加快反應速率，但平衡逆向移動，再說題目已限制恒溫恒容條件，加壓既能加快反應速率也能使平衡正向移動，但加壓不能保證“恒容”條件，催化劑只能加快反應速率，不能改變平衡狀態，所以只能考慮增大反應物濃度的方法，比較好的具體措施是：按物質的量之比為2∶1再加入NH3和CO。

（3）①混合溶液中存在電荷守恒：c(Na+)+c(H+)=c(HCOO)+c(OH)，則c(HCOO)=c(Na+)+c(H+) c(OH)=(0.1+103.71010.3)molL1≈0.1molL1，由物料守恒得c(HCOO)+c(HCOOH)= 0.2molL1，則c(HCOOH)=0.1molL1，代入電離平衡常數表達式得Ka== 103.7，又已知lg2=0.3，即100.3=2，代入得Ka=103.7=2×104。②題中有信息：Co3+將HCOOH氧化成CO2，則Co3+被HCOOH還原為Co2+，由此可得：Co3++ HCOOH→CO2+Co2+，因反應在酸性條件(稀硫酸)下進行，可補寫H+并配平即得離子方程式為：2Co3++HCOOH==CO2↑+2Co2++2H+；電解時Co2+轉化為Co3+，混合溶液中生成的Co3+又被HCOOH還原為Co2+，所以整個過程即電解前后Co2+的濃度保持不變。