Question

【題目】工業(yè)生產(chǎn)尿素的原理是以NH3和CO2為原料合成尿素[CO(NH2) 2]，反應(yīng)的化學(xué)方程式為 2NH3(g)+ CO2 (g) CO(NH2) 2(l)+ H2O(l)+Q(Q>0)。該反應(yīng)分兩步進(jìn)行：① 2NH3(g)+ CO2 (g) NH4COONH2 (s)+ Q1(Q1>0)，② NH4COONH2 (s) CO(NH2) 2(l)+ H2O(l)+Q2 (Q2<0).

(1)固體CO2稱干冰，屬于___________晶體。氮原子最外層電子排布式是___________。

(2)氧元素的非金屬性比碳強(qiáng)，用原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)說(shuō)明理由_________________

(3)下列示意圖中，能正確表示合成尿素過(guò)程中能量變化的是____________。

A、B、
C、D、

(4)寫出合成尿素第一步反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=_________________________________。

(5)某實(shí)驗(yàn)小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件，在恒定溫度下，將氨氣和二氧化碳按2:1的物質(zhì)的量之比充入一體積為10L的密閉容器中(假設(shè)容器體積不變，生成物的體積忽略不計(jì))，經(jīng)20min達(dá)到平衡，各物質(zhì)濃度的變化曲線如圖所示。

① 在上述條件下，從反應(yīng)開(kāi)始至20min時(shí)，二氧化碳的平均反應(yīng)速率為___________。

② 為提高合成尿素的產(chǎn)率，下列可以采取的措施有____________。

a. 縮小反應(yīng)容器的容積 b. 升高溫度

c. 增加反應(yīng)物的量 d. 使用合適的催化劑

③ 若保持平衡的溫度和體積不變，25min 時(shí)再向容器中充入2mol氨氣和1mol二氧化碳，在40min時(shí)重新達(dá)到平衡，請(qǐng)?jiān)谙聢D中畫出25~50min內(nèi)氨氣的濃度變化曲線____________。

Answer 1

【答案】分子 2s22p3 氧元素和碳元素同周期，電子層數(shù)相同，氧元素的核電荷數(shù)比碳元素多，吸引電子能力強(qiáng)，因此非金屬性比碳強(qiáng) C 1/[c2(NH3)c(CO2)] 0.01 mol/(L·min) a

【解析】

（1）干冰，屬于熔、沸點(diǎn)較低的分子晶體；氮原子原子序數(shù)為7，位于周期表第二周期ⅤA族；

（2）同周期元素從左到右，隨著核電荷數(shù)遞增，原子半徑減小，吸引電子能力依次增強(qiáng)，非金屬性依次增；

（3）根據(jù)反應(yīng)物和生成物的能量高低與反應(yīng)吸放熱之間的關(guān)系來(lái)判斷；

（4）依據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式=生成物平衡濃度系數(shù)次冪的乘積反應(yīng)物平衡濃度系數(shù)次冪的乘積來(lái)書寫；

（5）由氨氣和二氧化碳的物質(zhì)的量比為2:1，結(jié)合各物質(zhì)濃度的變化曲線可知，起始時(shí)c(NH3)和c(CO2)分別為0.6mol/L和0.3mol/L，平衡時(shí)c(NH3)和c(CO2)分別為0.2mol/L和0.1mol/L。

①根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率等于單位時(shí)間內(nèi)物質(zhì)濃度的變化量來(lái)計(jì)算；

②根據(jù)影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素來(lái)回答判斷；

③根據(jù)等效平衡知識(shí)來(lái)作圖。

（1）固體CO2稱干冰，屬于熔、沸點(diǎn)較低的分子晶體；氮原子原子序數(shù)為7，位于周期表第二周期ⅤA族，最外層電子排布式是2s22p3，故答案為：分子；2s22p3；

（2）氧元素和碳元素均為第二周期元素，同周期元素從左到右，隨著核電荷數(shù)遞增，原子半徑減小，吸引電子能力依次增強(qiáng)，非金屬性依次增強(qiáng)，故答案為：氧元素和碳元素同周期，電子層數(shù)相同，氧元素的核電荷數(shù)比碳元素多，吸引電子能力強(qiáng)，因此非金屬性比碳強(qiáng)；

（3）由題意可知，合成尿素的反應(yīng)和反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量；反應(yīng)②為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量。

A、合成尿素的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，2NH3(g)+ CO2 (g) 的總能量高于 CO（NH2）2（l）+H2O（l）的總能量，故錯(cuò)誤；

B、反應(yīng)②為吸熱反應(yīng)，NH4COONH2 (s) 的總能量低于 CO（NH2）2（l）+H2O（l）的總能量，故錯(cuò)誤；

C、合成尿素的反應(yīng)和反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，反應(yīng)②為吸熱反應(yīng)，則2NH3(g)+ CO2 (g) 的總能量高于 CO（NH2）2（l）+H2O（l）的總能量，NH4COONH2 (s) 的總能量低于 CO（NH2）2（l）+H2O（l）的總能量，故正確；

D、合成尿素的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，2NH3(g)+ CO2 (g) 的總能量高于 CO（NH2）2（l）+H2O（l）的總能量，故錯(cuò)誤；

故選C，故答案為：C；

（4）反應(yīng)①中為NH4COONH2固體，則化學(xué)平衡常數(shù)K=1/[c2(NH3)c(CO2)]，故答案為：1/[c2(NH3)c(CO2)]；

（5）①?gòu)姆磻?yīng)開(kāi)始至20min時(shí)，二氧化碳濃度變化量△c(CO2)=（0.3mol/L—0.1mol/L）=0.2mol/L，則v c(CO2)= △c(CO2)/ △t=0.2mol/L/20min=0.01 mol/(L·min)，故答案為：0.01 mol/(L·min)；

②該反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，縮小反應(yīng)容器的容積，壓強(qiáng)增大，平衡右移，尿素的產(chǎn)率增大；升高溫度，平衡左移，尿素的產(chǎn)率減小；增加反應(yīng)物的量，平衡右移，但尿素的產(chǎn)率不一定增大；使用合適的催化劑，平衡不移動(dòng)，尿素的產(chǎn)率不變，故選a，故答案為：a；

③25min 時(shí)再向容器中充入2mol氨氣和1mol二氧化碳，體系中c(NH3)和c(CO2)分別變?yōu)?.4mol/L和0.2mol/L，40min時(shí)重新達(dá)到平衡，由于建立的是等效平衡，氨氣的平衡濃度保持不變，故圖示為：，故答案為：。