Question

9．二氧化碳是一種寶貴的碳氧資源．以C0₂和NH₃
為原料合成尿素是固定和利用C0₂的成功范例．在尿素合成塔中的主要反應(yīng)可表示如下：
反應(yīng)I：2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH ₄（s）△H₁=akJ．mol^-1
反應(yīng)Ⅱ：NH₂COONH ₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g））△H₂=+72.49kJ．mol^-1
總反應(yīng)：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g））△H₃=-86.98kJ．mol^-1
請(qǐng)回答下列問題：
（1）反應(yīng)I的△H₁=-159.47kJ．mol^-1（用具體數(shù)據(jù)表示）．
（2）反應(yīng)Ⅱ的△S＞（填“＞”或“＜”）0，一般在高溫（填“高溫”或“低溫”）情況下有利于該反應(yīng)的進(jìn)行．
（3）-定溫度下在體積為VL的容器中進(jìn)行反應(yīng)I，下列能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_BD_（填字母序號(hào)）．
A．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化
B．容器內(nèi)氣體總壓強(qiáng)不再變化
C．2v_正（ NH₃）=v_逆（CO₂）
D．容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化
（4）25℃時(shí)，將體積比為2：1的NH₃和CO₂混合氣體充人一個(gè)容積不變的真空密閉容器中，在恒定溫度下使其發(fā)生反應(yīng)I并達(dá)到平衡．測(cè)得平衡時(shí)混合氣體的總濃度為4.8×10-3mol．L^-1．則此溫度下，反應(yīng)I的平衡常數(shù)為6.1×10⁷（L•mol^-1）³．
（5）總反應(yīng)中影響CO：平衡轉(zhuǎn)化率的因素很多，下圖為某特定條件下，不同水碳比$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（C{O}_{2}）}$和溫度影響CO₂平衡轉(zhuǎn)化率變化的曲線．
①其它條件相同時(shí)，為提高CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，生產(chǎn)中可以采取的措施是降低（填“提高”或“降低”）水碳比．
②當(dāng)溫度高于190℃后，CO₂平衡轉(zhuǎn)化率出現(xiàn)如圖所示變化趨勢(shì)的原因是溫度高于190℃時(shí)，因?yàn)榉磻?yīng)Ⅲ是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆方向進(jìn)行，CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率降低．
③不同的氨碳比（ $\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$）對(duì)C0₂的轉(zhuǎn)化率也有影響，若開始以氨碳比等于3進(jìn)行總反應(yīng)，達(dá)平衡時(shí)NH₃的轉(zhuǎn)化率為40%，則C0₂的平衡轉(zhuǎn)化率為60%．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算分析；
（2）反應(yīng)Ⅱ吸熱反應(yīng)，依據(jù)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0分析；
（3）根據(jù)平衡狀態(tài)的特征，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各組成成分保持不變，反應(yīng)的某些外部特征也不再隨時(shí)間的變化而變化，據(jù)此判斷；
（4）平衡常數(shù)為產(chǎn)物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪的乘積的比值；
（5）①不同水碳比$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（C{O}_{2}）}$和溫度影響CO₂平衡轉(zhuǎn)化率變化的趨勢(shì)曲線分析可知，
②反應(yīng)Ⅲ是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行；
③總反應(yīng)為2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g），$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$=3，設(shè)起始二氧化碳的濃度為amol/L，則氨的起始濃度為3amol/L，當(dāng)氨氣的轉(zhuǎn)化率為40%時(shí)，則參加反應(yīng)的二氧化碳的濃度為0.6amol/L，據(jù)此計(jì)算二氧化碳的轉(zhuǎn)化率；

解答 解：（1）反應(yīng)Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂CO₂NH₄（s）△H₁=a kJ•mol^-1
反應(yīng)Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₂=+72.49kJ•mol^-1
總反應(yīng)Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₃=-86.98kJ•mol^-1
由蓋斯定律總反應(yīng)Ⅲ-反應(yīng)Ⅱ，得到2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂CO₂NH₄（s）△H₁=a=-159.47kJ•mol^-1，
故答案為：-159.47；
（2）反應(yīng)Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₂=+72.49kJ•mol^-1，反應(yīng)前后氣體體積增大，△S＞0，焓變分析可知是吸熱反應(yīng)，△H＞0，所以依據(jù)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)△H-T△S＜0，需要在高溫下反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：＞；高溫；
（3）A．反應(yīng)I中反應(yīng)物為氣體，生成全部為固體，所以在反應(yīng)前后，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變，所以不能作為平衡狀態(tài)的判斷標(biāo)志，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)I中，氣體的物質(zhì)的量減小，所以反應(yīng)的壓強(qiáng)減小，所以容器內(nèi)氣體總壓強(qiáng)不再變化時(shí)，說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，故B正確；
C．反應(yīng)處于平衡狀態(tài)時(shí)v_正（ NH₃）=2v_逆（CO₂），故C錯(cuò)誤；
D．反應(yīng)I中，容器體積不變，氣體質(zhì)量減小，所以當(dāng)容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化時(shí)，說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，故D正確；
故選BD；
（4）將體積比為2：1的NH₃和CO₂混合氣體充人一個(gè)容積不變的真空密閉容器中，反應(yīng)中NH₃和CO₂的濃度之比為2：1，所以平衡衡時(shí)二者濃度之比仍為2：1，所以平衡時(shí)二者濃度分別為：c（NH₃）=3.2×10^-3mol/L，c（CO₂）=1.6×10^-3mol/L，所以K=$\frac{1}{（3.2×10{\;}^{-3}mol/L）{\;}^{2}•（1.6×10{\;}^{-3}mol/L）}$=6.1×10⁷（L•mol^-1）³，
故答案為：6.1×10⁷（L•mol^-1）³；
（5）①反應(yīng)Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₃=-86.98kJ•mol^-1，其他條件相同時(shí)，為提高CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，平衡正向進(jìn)行，依據(jù)圖象中的水碳比數(shù)據(jù)分析判斷，生產(chǎn)中可以采取的措施是降低水碳比，二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，
故答案為：降低；
②反應(yīng)Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H₃=-86.98kJ•mol^-1，是放熱反應(yīng)，升溫高于190°C，依據(jù)圖象分析可知，二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，因?yàn)闇囟壬�高，平衡逆向進(jìn)行，
故答案為：溫度高于190℃時(shí)，因?yàn)榉磻?yīng)Ⅲ是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆方向進(jìn)行，CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率降低；
③總反應(yīng)為2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g），$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$=3，設(shè)起始二氧化碳的濃度為amol/L，則氨的起始濃度為3amol/L，當(dāng)氨氣的轉(zhuǎn)化率為40%時(shí)，則參加反應(yīng)的二氧化碳的濃度為0.6amol/L，所以平衡時(shí)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.6amol/L}{6amol/L}$×100%=60%，
故答案為：60%；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)平衡影響因素分析判斷，平衡常數(shù)，圖象分析，掌握基礎(chǔ)知識(shí)，推斷物質(zhì)結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵，題目難度中等．