Question

（16分）尿素（H₂NCONH₂）是一种非常重要的高氮化肥，工业上合成尿素的反应分为如下两步：

第1步：2NH₃(l)＋CO₂(g) H₂NCOONH₄(氨基甲酸铵) (l)   △H₁= —330.0 kJ·mol^－1

第2步：H₂NCOONH₄(l)H₂O(l)＋H₂NCONH₂(l)           △H₂=+226.3 kJ·mol^－1

（1）写出工业合成尿素的热化学方程式：                              

（2）下列措施中有利于提高尿素的产率的是___________。

A．采用高温        B．采用高压        C．添加高效催化剂      D．定时分离尿素

（3）某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0.5 L密闭容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳，实验测得反应中各组分随时间的变化如下图所示：

①已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第     步反应决定。

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

（4）工业上合成氨常与尿素生产联合进行以提高经济效益，合成氨的热化学方程式如下：

N₂(g) + 3H₂(g)  2NH₃(g)   △H = —92.4 kJ/mol

请在答题卡的坐标图中，画出反应过程中体系的能量变化图（进行必要的标注）。

（5）有一工业投产前小实验：在一定温度和压强下，将6 molH₂和2 molN₂在2L密闭容器中混合，当该反应达到平衡时，测得平衡混合气中NH₃的体积分数约为11.1％（即1/9），此时H₂的转化率是多少？（写出计算过程，计算结果保留3位有效数字。）

Answer

（1）2NH3(l)＋CO2(g)H2O(l)＋H2NCONH2 (l)  △H＝－103.7 kJ·mol－1 （2分）

（2）BD  （2分，错选不给分） 

（3）①2  （2分）        ②0.148 mol/(L·min) （2分）

（4）（3分）

（5）（5分）

【解析】
设平衡时N2转化了的浓度为x

             N2   +   3H2   2NH3

C(开始) mol/L  1        3           0

C(转化) mol/L  x        3x          2x

C(平衡) mol/L  1-x      3-3x         2x

2x/(1-x+3-3x+2x)×100%=11.1％   （3分）

x=0.200  mol/L（1分）

H2的转化率=3×0.200 mol/L /3 mol/L  ×100%＝20.0% (1分)