Question

Ⅰ.按要求回答下列问题：

(1)以CO₂和NH₃为原料合成尿素是利用CO₂的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下：

反应Ⅰ：2NH₃(g)+CO₂(g)NH₂COONH₄(s)△H₁

反应Ⅱ：NH₂COONH₄(s)CO(NH₂)₂(s)+H₂O(g)△H₂=+72.49kJ/mol

总反应：2NH₃(g)+CO₂(g)CO(NH₂)₂(s)+H₂O(g)△H₃=-86.98kJ/mol

①反应Ⅰ的△H₁=__。

②一定温度下，在体积固定的密闭容器中按n(NH₃)：n(CO₂)=2：1进行反应Ⅰ，下列能说明反应Ⅰ达到了平衡状态的是__（填序号）。

A.容器内气体总压强不再变化

B.NH₃与CO₂的转化率相等

C.容器内混合气体的密度不再变化

(2)在一定体积的密闭容器中进行如下化学反应：CO₂(g)＋H₂(g)CO(g)＋H₂O(g)，其化学平衡常数(K)和温度(t)的关系如下表所示：

t/℃	700	800	830	1000	1200
K	0.6	0.9	1.0	1.7	2.6

回答下列问题：

①该反应的化学平衡常数表达式为K=__。

②该反应为__（填“吸热”或“放热”）反应。

③某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO₂)·c(H₂)=c(CO)·c(H₂O)，试判断此时的温度为__℃。

④在800℃时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO₂)为2mol·L^-1，c(H₂)为1.5mol·L^-1，c(CO)为1mol·L^-1，c(H₂O)为3mol·L^-1，此时反应向__（填“正向”或“逆向”）进行。

(3)工业上从废铅蓄电池废液回收铅的过程中，常用纯碱溶液与处理后的铅膏(主要含PbSO₄)发生反应：PbSO₄(s)＋CO(aq)PbCO₃(s)＋SO( aq)。

已知溶度积常数：K_sp(PbSO₄)=1.6×10^-8，K_sp(PbCO₃)=7.4×10^-14，则该反应的化学平衡常数K=__。

Ⅱ.N₂H₄—O₂燃料电池是一种高效低污染的新型电池，其装置如图所示：

(1)N₂H₄的电子式为__；

(2)a极的电极反应方程式为___。

Answer

-159.47kJ/mol AC 吸热 830 逆向 2.2×105或2.16×105 N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O

【解析】

(1)△H1根据盖斯定律进行计算；反应达到化学平衡状态利用等和定的特征进行分析判断；(2)通过观察分析表格数据，发现K随着温度升高的变化规律，判断平衡移动的方向，进而得出反应的热效应，温度的确定列出平衡常数表达式进行计算，即可找到对应的温度，反应方向根据给出浓度算出Qc与K进行比较，若大于K，说明生成物浓度偏高，反应应向逆向进行，反之正向 ，相等则说明达到平衡；(3)平衡常数根据溶度积和平衡常数表达式进行计算，燃料电池根据通入的气体可知a为负极，失电子，发生氧化反应，结合电解质溶液写出相应的电极反应式。

(1)①反应Ⅰ：2NH3( g)+CO2(g )⇌ NH2COONH4 (s) △H1

反应Ⅱ：NH2COONH4(s )⇌ CO (NH2)2 ( s)+H2O( g ) △H2= +72.49kJ/mol

总反应：2NH3(g )+CO2(g) ⇌ CO (NH2)2 (s) +H2O (g) △H3= -86.98kJ/mol

根据盖斯定律计算：△H1=△H3 -△H2 =-86.98kJ/mol-72.49kJ/mol=-159.47 kJ/mol ，故答案：-159.47 kJ/mol；

②A.根据2NH3 (g)+CO2(g)⇌ CO(NH2) 2 (s) +H2O (g)反应可知,反应前后气体体积减小，容器内气体总压强不再变化说明反应达到平衡状态，故A 正确；

B.转化率与起始量和变化量有关，所以NH3与 CO2的转化率相等，不能说明反应达到平衡状态，故B 错误；

C.根据2NH3( g)+CO2(g )⇌CO(NH2) 2(s) +H2O (g)反应可知, 反应前后气体质量变化，气体体积不变，容器内混合气体的密度不再变化说明反应达到平衡状态，故C正确；

故答案为：AC；

(2) ①因平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，所以K=c(CO).c(H2O)/c(CO2).c(H2)

②化学平衡常数的大小只与温度有关，升高温度平衡向吸热的方向移动，由表可知：升高温度，化学平衡常数增大，说明化学平衡正向移动，因此正反应方向吸热反应，故答案为：吸热；

③某温度下，因为平衡浓度符合下式：c(CO2 )·c(H2)＝c(CO) ·c(H2O )，所以K=c(CO).c(H2O)/c(CO2).c(H2) =1，根据表格可知：温度为830℃时K =1，所以此时的温度为830℃ ；

④已知800 ℃时，K=0.9 。某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)为2 mol·L －1，c(H2) 为1.5 mol·L－1 ，c(CO)为1 mol·L－1，c(H2O) 为3 mol·L－1 ，根据Qc=c(CO).c(H2O)/c(CO2).c(H2) =1×3/(2×1.5) =1>0.9，此时反应向逆反应方向进行，故答案：逆向；

(3)Ksp (PbCO3)= 7.4×10-14 ， Ksp (PbSO4)= 1.6×10-8 ，在水溶液中进行 PbSO4 (s)＋CO32 －(aq)⇌PbCO3(s)＋ SO42－(aq)反应，反应的平衡常数

K= c(SO42－)/c(CO32－)=c(SO42－)/c(CO32－)×[c(Pb2+)/c(Pb2+)] =Ksp(PbSO4)/Ksp(PbCO3)

 =1.6×10−8/7.4×10−14=2.16×105或2.2×105，故答案： 2.2×105或2.16×105；

Ⅱ.N2H4—O2燃料电池，(1)N2H4的电子式为

(2)a极通入的气体为N2H4，b极通入O2，则a为负极，失电子，发生氧化反应，b为正极，得电子，发生还原反应，电解质溶液为碱性溶液，则a极电极反应式为N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O。