Question

在工业合成尿素时常用NH₃与CO₂作原料进行生产．
（1）右图为合成氨反应，氮气、氢气按体积比为1：3投料时不同温度和压强、使用相同催化剂条件下，平衡混合物中氨的体积分数图象．
①若分别用υ_A（NH₃）和υ_B（NH₃）表示从反应开始至达平衡状态A、B时的化学反应速率，则υ_A（NH₃）

 

υ_B（NH₃）（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在250℃、1.0×10⁴kPa下，H₂的转化率为

 

%（计算结果保留小数点后1位）．
③将0.02mol?L^-1氨水与0.01mol?L^-1的盐酸等体积混合，若反应后混合溶液显碱性，则反应混合液中各离子浓度由大到小的顺序为

 

．
（2）NH₃（g） 与CO₂（g） 经过两步反应生成尿素，两步反应的能量变化示意图如下：
①NH₃（g） 与CO₂（g） 反应生成尿素的热化学方程式为

 

．
②工业上合成尿素时，既能加快反应速率，又能提高原料利用率的措施有

 

．（填序号）
A．升高温度   B．加入催化剂   C．将尿素及时分离出去  D．增大反应体系的压强
（3）某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0.5L的密闭容器中投入4mol氨和1mol二氧化碳，实验测得反应中各组分随时间的变化如图所示：

①已知总反应的速率通常由慢的一步反应决定，则合成尿素总反应的速率由第

 

步反应决定．
②反应进行到10min时测得CO₂的物质的量如图所示，则用CO₂表示的第一步反应的速率v（CO₂）=

 

．

Answer 1

分析：（1）①温度越大，压强越大，反应速率越大；
②在250℃、1.0×10⁴kPa下，氨气的体积分数为50%，则
       N₂+3H₂?2NH₃
开始    1   3    0
转化    x    3x  2x
平衡  1-x   3-3x  2x
所以

2x

4-2x

=50%，以此计算转化率；
③将0.02mol?L^-1氨水与0.01mol?L^-1的盐酸等体积混合，二者反应，溶液中的溶质为等物质的量浓度的氨水和氯化铵溶液，溶液呈碱性，说明一水合氨电离程度大于铵根离子水解程度；
（2）①由图示可知，两步反应的完成的热效应与一步完成的热效应是相同的；
②该反应是气体体积减小的放热反应，既能加快反应速率、又能提高原料利用率的措施是增大压强；
（3）①已知总反应的快慢由慢的一步决定，结合图象变化趋势，图象表达反应的判断，反应快慢可以依据第一步和第二步反应的曲线斜率比较大小；
②分析图象计算10分钟时二氧化碳的消耗物质的量，结合化学反应速率概念计算得到．

解答：解：（1）①温度越大，压强越大，反应速率越大，由图可知，B对应的温度、压强大，则反应速率大，故答案为：＜；
②在250℃、1.0×10⁴kPa下，氨气的体积分数为50%，则
       N₂+3H₂?2NH₃
开始    1   3    0
转化    x    3x  2x
平衡  1-x   3-3x  2x

2x

4-2x

=50%，x=

2

3

，氢气的转化率=

3× 2 3

3

×100%=66.7%，
故答案为：66.7%；
③将0.02mol?L^-1氨水与0.01mol?L^-1的盐酸等体积混合，二者反应，溶液中的溶质为等物质的量浓度的氨水和氯化铵溶液，溶液呈碱性，溶液中c（OH^-）＞c（H⁺），说明一水合氨电离程度大于铵根离子水解程度，结合电荷守恒得c（NH₄⁺）＞c（Cl^-），所以离子浓度大小顺序是c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（2）①由图示可知，两步反应的完成的热效应与一步完成的热效应是相同的，将两个反应相加可得2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol，
故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol；
②该反应是气体体积减小的放热反应，既能加快反应速率、又能提高原料利用率的措施是增大压强，故选D；
（3）①由图象可知在15分钟左右，氨气和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵后不再变化发生的是第一步反应，氨基甲酸铵先增大再减小最后达到平衡，发生的是第二步反应，从曲线斜率不难看出第二步反应速率慢，所以已知总反应的快慢由慢的一步决定，
故答案为：二；
②依据图象分析，二氧化碳再进行到10min时物质的量为0.26mol，所以此时的反应速率=

1mol-0.26mol 0.5L

10min

=0.148mol/L?min，
故答案为：0.148mol/L?min．

点评：本题考查了化学平衡、离子浓度大小的比较等知识点，难点是图象分析（3），会根据曲线斜率确定反应快慢，再结合题给信息进行分析解答，题目难度中等．