Question

碳氢化合物是重要的能源物质。

(1)丙烷脱氢可得丙烯。己知：有关化学反应的能量变化如下图所示。

则相同条件下，反应C₃H₈(g)CH₃CH=CH₂(g)+H₂(g)的△H=___ kJ·mol^-1 。

(2)以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O₂和CO₂，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐。电池正极反应式为________________。

(3)常温常压下，空气中的CO₂溶于水，达到平衡时，溶液的pH=5.60，c(H₂CO₃) = 1.5×10^-5 mol·L^-1。若忽略水的电离及H₂CO₃的第二级电离，则H₂CO₃HCO₃^-+H⁺的平衡常数K₁=__________。(结果保留2位有效数字)（己知10^-5.60=2.5×10^-6)

(4)用氨气制取尿素的反应为：2NH₃(g)+CO₂(g)==CO(NH₂)₂(l)+H₂O(g)△H<0

某温度下，向容积为100L的密闭容器中通入4molNH₃和2molCO₂，该反应进行到40s时达到平衡，此时CO₂的转化率为50%。

①理论上生产尿素的条件是______。(填选项编号)

A.高温、高压     B.高温、低压     C.低温、低压      D.低温、高压

②下列描述能说明反应达到平衡状态的是_____________。

A.反应混合物中CO₂和H₂O的物质的量之比为1:2

B.混合气体的总质量不随时间的变化而变化

C.单位时间内消耗2a molNH₃，同时生成a molH₂O

D.保持温度和容积不变，混合气体的压强不随时间的变化而变化

③该温度下此反应平衡常数K的值为____________。

④图中的曲线I表示该反应在前25s内的反应进程中的NH₃浓度变化.。在0~25s内该反应的平均反应速率v(CO₂)=___________。

保持其它条件不变，只改变一种条件，图像变成II，则改变的条件可能是_______________。

Answer

+124.2 O2＋4e－＋2CO2＝2CO32－ 4.2×10－7 D BD 2500 3×10－4mol/(L·s) 使用催化剂

【解析】(1)根据图像有①C3H8(g)═CH4(g)+HC≡CH(g)+H2(g)△H1=+156.6kJ•mol-1，②CH3CH=CH2(g)═CH4(g)+HC≡CH(g )△H2=+32.4kJ•mol-1，根据盖斯定律，①-②得C3H8(g)═CH3CH=CH2(g)+H2(g)，所以△H=△H1-△H2=156.6kJ•mol-1-32.4kJ•mol-1=+124.2kJ•mol-1；故答案为：+124.2；

(2)丙烷燃料电池中，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为O2+2CO2+4e-═2CO32-，故答案为：O2+2CO2+4e-═2CO32-；

(3)常温常压下，空气中的CO2溶于水，达到平衡时，溶液的pH=5.60，c(H+)=c(HCO3-)=10-5.6mol/L；c(H2CO3)=1.5×10-5 mol•L-1，若忽略水的电离及H2CO3的第二级电离，则H2CO3的第一级电离的平衡常数K1===4.2×10-7 mol•L-1，故答案为：4.2×10-7 mol•L-1；

(4)①根据方程式2NH3(g)+ CO2(g) ==CO(NH2)2 (l)+H2O(g) △H<0可知，降低温度增大压强有利于平衡正向移动，故选D；

②A.反应混合物中CO2和H2O的物质的量之比为1:2，不能说明浓度是否变化，因此不能说明反应达到平衡状态，错误；B.该反应属于气体质量减小的反应，当混合气体的总质量不随时间的变化而变化，能够说明反应达到平衡状态，正确；C.根据方程式，单位时间内消耗2a molNH3，同时一定生成a molH2O，不能说明反应达到平衡状态，错误；D.该反应属于气体物质的量减小的反应，保持温度和容积不变，混合气体的压强不随时间的变化而变化，说明气体的物质的量不再变化，能够说明反应达到平衡状态，正确；故选BD；

③2NH3(g)+CO2(g)⇌CO(NH2)2(l)+H2O(g)．依据化学方程式和平衡常数概念写出平衡常数K=，向容积为100L的密闭容器中通入4mol NH3和2molCO2，该反应进行到40s时达到平衡，反应达到平衡时CO2的转化率为50%，消耗二氧化碳浓度0.02mol/L×50%=0.01mol/mol；

                 2NH3(g)+CO2(g)⇌CO(NH2)2(l)+H2O(g)

起始量(mol/L)  0.04        0.02         0            0

变化量(mol/L)  0.02         0.01        0           0.01

平衡量(mol/L)   0.02       0.01         0           0.01

K===2500，故答案为：2500；

④图中的曲线I表示该反应在前25s内的反应进程中的NH3浓度变化.。在0~25s内v(NH3)= =×10－4mol/(L·s) ，则v(CO2)= v(NH3) =××10－4mol/(L·s) =3×10－4mol/(L·s)，平衡时CO2的转化率为50%，则NH3的转化率也为50%，则平衡时c(NH3)=20×10-3mol/L，根据图像，改变条件后，平衡不移动，但反应速率加快，因此改变的条件可能是加入了催化剂，故答案为：3×10－4mol/(L·s)；使用催化剂。

点睛：本题为综合题，考查了热化学方程式、化学平衡常数的计算，电解池电极反应式的书写等，明确盖斯定律计算反应热的方法、化学平衡常数表达式、电解池工作原理是解题关键。本题的易错点是(4)④中条件的判断，要注意原曲线并没有达到平衡状态。