Question

二氧化碳是一种宝贵的碳氧资源。以CO2和NH3为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应可表示如下：

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

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

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

请回答下列问题：

（1）反应Ⅰ的△H1=__________kJ·mol－1(用具体数据表示)。

（2）反应Ⅱ的△S______(填＞或＜)0，一般在__________情况下有利于该反应的进行。

（3）反应Ⅲ中影响CO2平衡转化率的因素很多，下图1为某特定条件下，不同水碳比n(H2O)/n(CO2)和温度影响CO2平衡转化率变化的趋势曲线。

①其他条件相同时，为提高CO2的平衡转化率，生产中可以采取的措施是________(填提高或降低)水碳比。

②当温度高于190℃后，CO2平衡转化率出现如图1所示的变化趋势，其原因是__________。

（4）反应Ⅰ的平衡常数表达式K1=____________________；如果起始温度相同，反应Ⅰ由在恒温容器进行改为在绝热(与外界没有热量交换)容器中进行，平衡常数K1将__________(填增大、减少、不变)。

（5）某研究小组为探究反应Ⅰ中影响c(CO2)的因素，在恒温下将0.4molNH3和0.2molCO2放入容积为2L的密闭容器中，t1时达到平衡过程中c(CO2)随时间t变化趋势曲线如上图2所示。若其他条件不变，t1时将容器体积压缩到1L，请画出t1后c(CO2)随时间t变化趋势曲线(t2达到新的平衡)。

（6）尿素在土壤中会发生反应CO(NH2)2＋2H2O(NH4)2CO3。下列物质中与尿素有类似性质的是______。

A．NH2COONH4B．H2NOCCH2CH2CONH2

C．HOCH2CH2OHD．HOCH2CH2NH2

 

Answer 1

【答案】

(14分)（1）-159.47（2分）? （2）>（1分）? 高温（1分）

（3）①降低（1分）②温度高于190℃时，因为反应Ⅲ是放热反应，温度升高平衡向逆方向进行，CO2的平衡转化率降低，（2分，给出合理解释即可给分）。

（4）K­1=1/[c2(NH3)·c(CO2)] （2分），减少（1分）

（5）

（注意：曲线的起点、平衡点和变化趋势共2分）

（6）A、B（2分）

【解析】

试题分析：解：（1）反应Ⅰ：2NH3（g）+CO2（g）NH2CO2NH4（s）△H1=a kJ·mol－1

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

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

由盖斯定律总反应Ⅲ-反应Ⅱ，得到2NH3（g）+CO2（g）NH2CO2NH4（s）△H1=a=-159.47kJ·mol－1，

故答案为：-159.47；

（2）反应Ⅱ：NH2CO2NH4（s）CO(NH2)2（s）+H2O（g）△H2=+72.49kJ?mol－1，反应前后气体体积增大，△S＞0，焓变分析可知是吸热反应，△H＞0，所以依据反应自发进行的判断依据△H-T△S＜0，需要在高温下反应自发进行，故答案为：＞；高温；

（3）①反应Ⅲ：2NH3（g）+CO2（g）CO(NH2)2（s）+H2O（g）△H3=-86.98kJ·mol－1，其他条件相同时，为提高CO2的平衡转化率，平衡正向进行，依据图象中的水碳比数据分析判断，生产中可以采取的措施是降低水碳比，二氧化碳转化率增大，故答案为：降低；

②反应Ⅲ：2NH3（g）+CO2（g）CO(NH2)2（s）+H2O（g）△H3=-86.98kJ?mol－1，是放热反应，升温高于190℃，依据图象分析可知，二氧化碳转化率减小，因为温度升高，平衡逆向进行，

故答案为：温度高于190℃时，因为反应Ⅲ是放热反应，温度升高平衡向逆方向进行，CO2的平衡转化率降低；

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

起始温度相同，反应Ⅰ由在恒温容器进行改为在绝热（与外界没有热量交换）容器中进行，反应是放热反应，随反应进行温度升高平衡逆向进行，平衡常数减小；

（5）在恒温下将0.4mol NH3和0.2mol CO2放入容积为2L的密闭容器中，达到平衡时，

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

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

变化量（mol·L－1） 0.15?????? 0.075

平衡量（mol·L－1） 0.05??????? 0.025

t1时达到平衡过程中c（CO2）随时间t变化趋势曲线如图2所示．若其他条件不变，t1时将容器体积压缩到1L，二氧化碳浓度应增大到0.05mol·L－1，压强增大，平衡正向进行，由于生成物是固体，所以达到平衡状态，二氧化碳浓度保持不变，据此画出变化曲线为：

；

（6）尿素在土壤中会发生反应CO(NH2)2+2H2O（NH4）2CO3．分析结构特征可知，物质性质取决于官能团，尿素中氨基和羰基相连和水反应生成铵根离子，所以选项中符合此结果特征的有类似性质：

A．NH2COONH4 ，结构中含有与羰基连接的氨基，故A符合；

B．H2NOCCH2CH2CONH2 结构中含有与羰基连接的氨基，故B符合；

C．HOCH2CH2OH，结构中不含有氨基，故C不符合；????????

D．HOCH2CH2NH2，分子中的氨基不是和羰基连接，不具备次性质，故D不符合；

故答案为：A、B。

考点：本题考查热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学平衡影响因素分析判断，平衡常数，图象绘制与分析。