Question

二氧化碳是一種寶貴的碳氧資源。以CO2和NH3為原料合成尿素是固定和利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反應可表示如下：

反應Ⅰ：2NH3(g)＋CO2(g)NH2CO2NH4(s)??? △H1=a kJ·mol－1

反應Ⅱ：NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)??? △H2=＋72.49kJ·mol－1

總反應Ⅲ：2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)??? △H3=－86.98kJ·mol－1

請回答下列問題：

（1）反應Ⅰ的△H1=__________kJ·mol－1(用具體數據表示)。

（2）反應Ⅱ的△S______(填＞或＜)0，一般在__________情況下有利于該反應的進行。

（3）反應Ⅲ中影響CO2平衡轉化率的因素很多，下圖1為某特定條件下，不同水碳比n(H2O)/n(CO2)和溫度影響CO2平衡轉化率變化的趨勢曲線。

①其他條件相同時，為提高CO2的平衡轉化率，生產中可以采取的措施是________(填提高或降低)水碳比。

②當溫度高于190℃后，CO2平衡轉化率出現如圖1所示的變化趨勢，其原因是__________。

（4）反應Ⅰ的平衡常數表達式K1=____________________；如果起始溫度相同，反應Ⅰ由在恒溫容器進行改為在絕熱(與外界沒有熱量交換)容器中進行，平衡常數K1將__________(填增大、減少、不變)。

（5）某研究小組為探究反應Ⅰ中影響c(CO2)的因素，在恒溫下將0.4molNH3和0.2molCO2放入容積為2L的密閉容器中，t1時達到平衡過程中c(CO2)隨時間t變化趨勢曲線如上圖2所示。若其他條件不變，t1時將容器體積壓縮到1L，請畫出t1后c(CO2)隨時間t變化趨勢曲線(t2達到新的平衡)。

（6）尿素在土壤中會發生反應CO(NH2)2＋2H2O(NH4)2CO3。下列物質中與尿素有類似性質的是______。

A．NH2COONH4B．H2NOCCH2CH2CONH2

C．HOCH2CH2OHD．HOCH2CH2NH2

 

Answer 1

【答案】

(14分)（1）-159.47（2分）? （2）>（1分）? 高溫（1分）

（3）①降低（1分）②溫度高于190℃時，因為反應Ⅲ是放熱反應，溫度升高平衡向逆方向進行，CO2的平衡轉化率降低，（2分，給出合理解釋即可給分）。

（4）K­1=1/[c2(NH3)·c(CO2)] （2分），減少（1分）

（5）

（注意：曲線的起點、平衡點和變化趨勢共2分）

（6）A、B（2分）

【解析】

試題分析：解：（1）反應Ⅰ：2NH3（g）+CO2（g）NH2CO2NH4（s）△H1=a kJ·mol－1

反應Ⅱ：NH2CO2NH4（s）CO(NH2)2（s）+H2O（g）△H2=+72.49kJ·mol－1

總反應Ⅲ：2NH3（g）+CO2（g）CO(NH2)2（s）+H2O（g）△H3=-86.98kJ·mol－1

由蓋斯定律總反應Ⅲ-反應Ⅱ，得到2NH3（g）+CO2（g）NH2CO2NH4（s）△H1=a=-159.47kJ·mol－1，

故答案為：-159.47；

（2）反應Ⅱ：NH2CO2NH4（s）CO(NH2)2（s）+H2O（g）△H2=+72.49kJ?mol－1，反應前后氣體體積增大，△S＞0，焓變分析可知是吸熱反應，△H＞0，所以依據反應自發進行的判斷依據△H-T△S＜0，需要在高溫下反應自發進行，故答案為：＞；高溫；

（3）①反應Ⅲ：2NH3（g）+CO2（g）CO(NH2)2（s）+H2O（g）△H3=-86.98kJ·mol－1，其他條件相同時，為提高CO2的平衡轉化率，平衡正向進行，依據圖象中的水碳比數據分析判斷，生產中可以采取的措施是降低水碳比，二氧化碳轉化率增大，故答案為：降低；

②反應Ⅲ：2NH3（g）+CO2（g）CO(NH2)2（s）+H2O（g）△H3=-86.98kJ?mol－1，是放熱反應，升溫高于190℃，依據圖象分析可知，二氧化碳轉化率減小，因為溫度升高，平衡逆向進行，

故答案為：溫度高于190℃時，因為反應Ⅲ是放熱反應，溫度升高平衡向逆方向進行，CO2的平衡轉化率降低；

（4）反應Ⅰ：2NH3（g）+CO2（g）NH2CO2NH4（s）△H1=-159.47kJ?mol－1，平衡常數K= ；

起始溫度相同，反應Ⅰ由在恒溫容器進行改為在絕熱（與外界沒有熱量交換）容器中進行，反應是放熱反應，隨反應進行溫度升高平衡逆向進行，平衡常數減��；

（5）在恒溫下將0.4mol NH3和0.2mol CO2放入容積為2L的密閉容器中，達到平衡時，

??????????????? 2NH3（g）+CO2（g）NH2CO2NH4（s）

起始量（mol·L－1）? 0.2?????? 0.1?????????? 0

變化量（mol·L－1） 0.15?????? 0.075

平衡量（mol·L－1） 0.05??????? 0.025

t1時達到平衡過程中c（CO2）隨時間t變化趨勢曲線如圖2所示．若其他條件不變，t1時將容器體積壓縮到1L，二氧化碳濃度應增大到0.05mol·L－1，壓強增大，平衡正向進行，由于生成物是固體，所以達到平衡狀態，二氧化碳濃度保持不變，據此畫出變化曲線為：

；

（6）尿素在土壤中會發生反應CO(NH2)2+2H2O（NH4）2CO3．分析結構特征可知，物質性質取決于官能團，尿素中氨基和羰基相連和水反應生成銨根離子，所以選項中符合此結果特征的有類似性質：

A．NH2COONH4 ，結構中含有與羰基連接的氨基，故A符合；

B．H2NOCCH2CH2CONH2 結構中含有與羰基連接的氨基，故B符合；

C．HOCH2CH2OH，結構中不含有氨基，故C不符合；????????

D．HOCH2CH2NH2，分子中的氨基不是和羰基連接，不具備次性質，故D不符合；

故答案為：A、B。

考點：本題考查熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，化學平衡影響因素分析判斷，平衡常數，圖象繪制與分析。