Question

在工業(yè)合成尿素時(shí)常用NH₃與CO₂作原料進(jìn)行生產(chǎn)．
（1）右圖為合成氨反應(yīng)，氮?dú)�、氫氣按體積比為1：3投料時(shí)不同溫度和壓強(qiáng)、使用相同催化劑條件下，平衡混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)圖象．
①若分別用υ_A（NH₃）和υ_B（NH₃）表示從反應(yīng)開始至達(dá)平衡狀態(tài)A、B時(shí)的化學(xué)反應(yīng)速率，則υ_A（NH₃）

 

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

 

%（計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后1位）．
③將0.02mol?L^-1氨水與0.01mol?L^-1的鹽酸等體積混合，若反應(yīng)后混合溶液顯堿性，則反應(yīng)混合液中各離子濃度由大到小的順序?yàn)?!--BA-->

 

．
（2）NH₃（g） 與CO₂（g） 經(jīng)過兩步反應(yīng)生成尿素，兩步反應(yīng)的能量變化示意圖如下：
①NH₃（g） 與CO₂（g） 反應(yīng)生成尿素的熱化學(xué)方程式為

 

．
②工業(yè)上合成尿素時(shí)，既能加快反應(yīng)速率，又能提高原料利用率的措施有

 

．（填序號(hào)）
A．升高溫度   B．加入催化劑   C．將尿素及時(shí)分離出去  D．增大反應(yīng)體系的壓強(qiáng)
（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的密閉容器中投入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)的速率通常由慢的一步反應(yīng)決定，則合成尿素總反應(yīng)的速率由第

 

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)的量如圖所示，則用CO₂表示的第一步反應(yīng)的速率v（CO₂）=

 

．

Answer 1

分析：（1）①溫度越大，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越大；
②在250℃、1.0×10⁴kPa下，氨氣的體積分?jǐn)?shù)為50%，則
       N₂+3H₂?2NH₃
開始    1   3    0
轉(zhuǎn)化    x    3x  2x
平衡  1-x   3-3x  2x
所以

2x

4-2x

=50%，以此計(jì)算轉(zhuǎn)化率；
③將0.02mol?L^-1氨水與0.01mol?L^-1的鹽酸等體積混合，二者反應(yīng)，溶液中的溶質(zhì)為等物質(zhì)的量濃度的氨水和氯化銨溶液，溶液呈堿性，說明一水合氨電離程度大于銨根離子水解程度；
（2）①由圖示可知，兩步反應(yīng)的完成的熱效應(yīng)與一步完成的熱效應(yīng)是相同的；
②該反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，既能加快反應(yīng)速率、又能提高原料利用率的措施是增大壓強(qiáng)；
（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)的曲線斜率比較大小；
②分析圖象計(jì)算10分鐘時(shí)二氧化碳的消耗物質(zhì)的量，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)速率概念計(jì)算得到．

解答：解：（1）①溫度越大，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越大，由圖可知，B對(duì)應(yīng)的溫度、壓強(qiáng)大，則反應(yīng)速率大，故答案為：＜；
②在250℃、1.0×10⁴kPa下，氨氣的體積分?jǐn)?shù)為50%，則
       N₂+3H₂?2NH₃
開始    1   3    0
轉(zhuǎn)化    x    3x  2x
平衡  1-x   3-3x  2x

2x

4-2x

=50%，x=

2

3

，氫氣的轉(zhuǎn)化率=

3× 2 3

3

×100%=66.7%，
故答案為：66.7%；
③將0.02mol?L^-1氨水與0.01mol?L^-1的鹽酸等體積混合，二者反應(yīng)，溶液中的溶質(zhì)為等物質(zhì)的量濃度的氨水和氯化銨溶液，溶液呈堿性，溶液中c（OH^-）＞c（H⁺），說明一水合氨電離程度大于銨根離子水解程度，結(jié)合電荷守恒得c（NH₄⁺）＞c（Cl^-），所以離子濃度大小順序是c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（2）①由圖示可知，兩步反應(yīng)的完成的熱效應(yīng)與一步完成的熱效應(yīng)是相同的，將兩個(gè)反應(yīng)相加可得2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol，
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol；
②該反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，既能加快反應(yīng)速率、又能提高原料利用率的措施是增大壓強(qiáng)，故選D；
（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)生的是第二步反應(yīng)，從曲線斜率不難看出第二步反應(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：二；
②依據(jù)圖象分析，二氧化碳再進(jìn)行到10min時(shí)物質(zhì)的量為0.26mol，所以此時(shí)的反應(yīng)速率=

1mol-0.26mol 0.5L

10min

=0.148mol/L?min，
故答案為：0.148mol/L?min．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡、離子濃度大小的比較等知識(shí)點(diǎn)，難點(diǎn)是圖象分析（3），會(huì)根據(jù)曲線斜率確定反應(yīng)快慢，再結(jié)合題給信息進(jìn)行分析解答，題目難度中等．