Question

尿素（H₂NCONH₂）是一種非常重要的高氮化肥，工業(yè)上合成尿素的反應(yīng)分為如下兩步：
第1步：2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂NCOONH₄（氨基甲酸銨） （l）△H₁=-330.0kJ?mol^-1
第2步：H₂NCOONH₄（l）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H₂=+226.3kJ?mol^-1
（1）寫出工業(yè)合成尿素的熱化學(xué)方程式：

 

（2）下列措施中有利于提高尿素的產(chǎn)率的是

 

．
A．采用高溫B．采用高壓 C．添加高效催化劑D．定時(shí)分離尿素
（3）某實(shí)驗(yàn)小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件，在一體積為0.5L密閉容器中投入4mol氨和1mol二氧化碳，實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)中各組分隨時(shí)間的變化如圖所示：
①已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，則合成尿素總反應(yīng)的快慢由第

 

步反應(yīng)決定．
②反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)測(cè)得CO₂的物質(zhì)的量如上圖所示，則用CO₂表示的第一步反應(yīng)的速率v（CO₂）=

 

．
（4）工業(yè)上合成氨常與尿素生產(chǎn)聯(lián)合進(jìn)行以提高經(jīng)濟(jì)效益，合成氨的熱化學(xué)方程式如下：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
請(qǐng)?jiān)谧鴺?biāo)圖中，畫出反應(yīng)過程中體系的能量變化圖（進(jìn)行必要的標(biāo)注）．
（5）有一工業(yè)投產(chǎn)前小實(shí)驗(yàn)：在一定溫度和壓強(qiáng)下，將6molH₂和2molN₂在2L密閉容器中混合，當(dāng)該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得平衡混合氣中NH₃的體積分?jǐn)?shù)約為11.1%（即1/9），此時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率是多少？（寫出計(jì)算過程，計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字．）

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律及已知熱化學(xué)方程式寫出目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
（2）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)特征，影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素分析判斷；
（3）①已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，結(jié)合圖象變化趨勢(shì)，圖象表達(dá)反應(yīng)的判斷，反應(yīng)快慢可以依據(jù)第一步和第二步反應(yīng)的曲線斜率比較大��；
②根據(jù)圖象中二氧化碳在10 min時(shí)測(cè)得CO₂的物質(zhì)的量計(jì)算出用CO₂表示的第一步反應(yīng)的速率v（CO₂）
（4）反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)物能量生成物，反應(yīng)焓變和起始物質(zhì)和終了物質(zhì)有關(guān)，反應(yīng)需要克服一定活化能才能發(fā)生反應(yīng)，據(jù)此畫出；
（5）設(shè)平衡時(shí)N₂轉(zhuǎn)化了的濃度為x
                  N₂ +3H₂?2NH₃
C（開始） mol/L  1        3           0
C（轉(zhuǎn)化） mol/L  x        3x          2x
C（平衡） mol/L  1-x      3-3x         2x
平衡混合氣中NH₃的體積分?jǐn)?shù)約為11.1%計(jì)算得到x，轉(zhuǎn)化率=

消耗量

起始量

×100%；

解答： 解：（1）已知①2NH₃（l）+CO₂（g）═H₂NCOONH₄（氨基甲酸銨）（l）△H₁=-330.0kJ?mol^-1
②H₂NCOONH₄（l）═H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H₂=+226.3kJ?mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，①+②可得：2NH₃（l）+CO₂（g）═H₂O（l）+H₂NCONH₂ （l），△H=-330.0kJ?mol^-1+226.3kJ?mol^-1=-103.7kJ?mol^-1，
故答案為：2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂O（l）+H₂NCONH₂ （l）△H=-103.7 kJ?mol^-1；
（2）2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H=-103.7kJ?mol^-1 ，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體體積減��；有利于提高尿素的生成速率需要依據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素進(jìn)行分析，
A．采用高溫，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，平衡逆向進(jìn)行，但反應(yīng)速率增大，尿素的產(chǎn)率減小，故A不符合；
B．反應(yīng)由氣體參加，反應(yīng)前后氣體體積減小，采用高壓，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)正向進(jìn)行，反應(yīng)速率增大，尿素的產(chǎn)率增大，故B符合；
C．尋找更高效的催化劑，催化劑可以加快反應(yīng)速率，但不改變平衡，故C不符合；
D．定時(shí)分離尿素，減小體系內(nèi)尿素濃度平衡正向進(jìn)行，尿素的產(chǎn)率增大，故D符合；
故答案為：BD；
（3）①由圖象可知在15分鐘左右，氨氣和二氧化碳反應(yīng)生成氨基甲酸銨后不再變化發(fā)生的是第一步反應(yīng)，氨基甲酸銨先增大再減小最后達(dá)到平衡，發(fā)生的是第二部反應(yīng)，從曲線斜率不難看出第二部反應(yīng)速率慢，所以已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，
故答案為：2；
②反應(yīng)進(jìn)行到10 min時(shí)測(cè)得CO₂的物質(zhì)的量為0.26mol，二氧化碳的濃度變化為：c（CO₂）=

1mol-0.26mol

0.5L

=1.48mol/L，
則用CO₂表示的第一步反應(yīng)的速率v（CO₂）=

0.148mol/L

10min

=0.148 mol/（L?min），
故答案為：0.148 mol/（L?min）；
（4）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)物能量生成物，反應(yīng)焓變和起始物質(zhì)和終了物質(zhì)有關(guān)，反應(yīng)需要克服一定活化能才能發(fā)生反應(yīng)，所以反應(yīng)過程中體系的能量變化圖為：
故答案為：；
（5）設(shè)平衡時(shí)N₂轉(zhuǎn)化了的濃度為x
                  N₂ +3H₂?2NH₃
C（開始） mol/L  1        3           0
C（轉(zhuǎn)化） mol/L  x        3x          2x
C（平衡） mol/L  1-x      3-3x         2x

2x

4-2x

×100%=11.1% 
x=0.200mol/L；
H₂的轉(zhuǎn)化率=

3×0.20mol/L

3mol/L

×100%=20.0%，
答：H₂的轉(zhuǎn)化率是20.0%．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)平衡的計(jì)算，題目難度中等，注意掌握蓋斯定律的內(nèi)容及應(yīng)用方法，能夠利用三段式進(jìn)行化學(xué)平衡的計(jì)算，明確反應(yīng)速率的概念及計(jì)算方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計(jì)算能力．