Question

6．尿素作为一种中性肥料，适用于各种土壤和植物．它易保存，使用方便，对土壤的破坏作用小，是目前使用量较大的一种化学氮肥．
（1）工业上用氨气和二氧化碳在一定条件下合成尿素[CO（NH₂）₂]．
已知：
①H₂O（l）=H₂O（g）△H₁=+44.0 kJ•mol^-1
②H₂NCOONH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₂=+116.5kJ•mol^-1
③2NH₃（g）+CO₂（g）=H₂NCOONH₄（s）△H₃=-159.5 kJ•mol^-1
则反应 2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（1）的△H=-87kJ．mol^-1．
（2）工业上生产尿素的化学方程式：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（ NH₂）₂（ s）+H₂O（1）
①该反应的平衡常数随温度升高而减小（填“增大”“减小”或“不变”）．
②在一定温度和压强下，设原料气体中的 NH₃和CO₂的物质的之比（氨炭比） $\frac{n（NH_{3}）}{n（CO_{2}）}$=x．图是氣炭比（x）与 CO₂平衡转化率[a（CO₂）]的关系．a （CO₂）随x 的增大而增大的原因是NH₃的量增大，平衡正向移动，则增大CO₂的转化率．
③图中A点处，NH₃的平衡转化率为32%．
④在T℃，体积为10L的密闭容器中，通入6mol NH₃和3mol CO₂，反应达到平衡时，c（NH₃）=0.2mol•L^-1，c（CO₂）=0.1mol．L^-1．若保持T℃和平衡时容器的压强不变，再向体积可变的容器中充入3mol NH₃，则此时反应的V_正＞ V_逆逆（填“＞或“=”）．再次平衡后，平衡常数为250．
（3）尿素溶液在一定条件下也能除去工业废气中的Cl₂，反应产物中有两种无毒无味的气体，写出该反应的化学方程式：CO（NH₂）₂+H₂O+3Cl₂=N₂+CO₂+6HCl．

Answer 1

分析 （1）①H₂O（l）=H₂O（g）△H₁=+44.0 kJ•mol^-1
②H₂NCOONH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₂=+116.5kJ•mol^-1
③2NH₃（g）+CO₂（g）=H₂NCOONH₄（s）△H₃=-159.5 kJ•mol^-1
结合盖斯定律计算，②+③-①得到反应 2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（1）的热化学方程式；
（2）工业上生产尿素的化学方程式：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（ NH₂）₂（ s）+H₂O（1），反应为放热反应，
①温度升高平衡逆向进行；
②增大反应物浓度，平衡正向进行；
③依据x含义和图象数据分析结合化学方程式换算氨气转化率．
④2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（ NH₂）₂（ s）+H₂O（1），计算平衡常数，注意物质状态的分析，若保持T℃和平衡时容器的压强不变，再向体积可变的容器中充入3mol NH₃，计算此时浓度商和平衡常数比较判断，平衡常数随温度变化；
（3）尿素溶液在一定条件下也能除去工业废气中的Cl₂，反应产物中有两种无毒无味的气体为氮气和二氧化碳，结合原子守恒配平书写化学方程式．

解答 解：①H₂O（l）=H₂O（g）△H₁=+44.0 kJ•mol^-1
②H₂NCOONH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₂=+116.5kJ•mol^-1
③2NH₃（g）+CO₂（g）=H₂NCOONH₄（s）△H₃=-159.5 kJ•mol^-1
结合盖斯定律计算，②+③-①得到反应：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（1）的热化学方程式为2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（1）△H=-87KJ/mol，
故答案为：-87；
（2）①工业上生产尿素的化学方程式：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（ NH₂）₂（ s）+H₂O（1），反应为放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常数减小，
故答案为：减小；
②2NH₃ （g）+CO₂ （g）?CO（NH₂）₂ （l）+H₂O （l），图象分析判断，增大氨气浓度平衡正向进行，二氧化碳转化率增大，
故答案为：NH₃的量增大，平衡正向移动，则增大CO₂的转化率；
③B点处x=4，原料气中的NH₃和CO₂的物质的量之比为4，二氧化碳转化率为64%，假设氨气为4mol，二氧化碳为1mol，则反应的二氧化碳为0.64mol，
依据化学方程式2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（l）反应的氨气为1.28mol，
NH₃的平衡转化率=$\frac{1.28mol}{4mol}$×100%=32%，
故答案为：32%；
④在T℃，体积为10L的密闭容器中，通入6mol NH₃和3mol CO₂，反应达到平衡时，c（NH₃）=0.2mol•L^-1，c（CO₂）=0.1mol．L^-1．
                                2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（l）
起始量（mol/L）       0.6                0.3                0                         0
平衡量（mol/L）       0.2                 0.1             
K=$\frac{1}{0．{2}^{2}×0.1}$=250，
若保持T℃和平衡时容器的压强不变，再向体积可变的容器中充入3mol NH₃，Qc=$\frac{1}{（0.2+0.3）^{2}×0.1}$=40＜K
则此时反应的V_正＞V_逆，
故答案为：＞；250；
（3）尿素溶液在一定条件下也能除去工业废气中的Cl₂，反应产物中有两种无毒无味的气体为氮气和二氧化碳，结合原子守恒配平书写化学方程式为：CO（NH₂）₂+H₂O+3Cl₂=N₂+CO₂+6HCl，
故答案为：CO（NH₂）₂+H₂O+3Cl₂=N₂+CO₂+6HCl．

点评 本题考查较为综合，涉及化学反应与能量、化学平衡的计算等问题，为高频考点，侧重于学生的分析和计算能力的考查，题目难度中等，注意相关基础知识的积累．