Question

二氧化碳是一种宝贵的碳氧资源。以C0₂和NH₃为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应可表示如下：

反应I：

反应Ⅱ：

总反应：

请回答下列问题：

（1）反应I的△H₁=__________kJ．mol^-1（用具体数据表示）。

（2）反应Ⅱ的△S__________（填“>”或“<”）0，一般在__________（填“高温”或“低温”）情况下有利于该反应的进行。

（3）-定温度下在体积为VL的容器中进行反应I，下列能说明反应达到平衡状态的是        _（填字母序号）。

A．混合气体的平均相对分子质量不再变化

B．容器内气体总压强不再变化

C．2v_正（ NH₃）=v_逆（CO₂）

D．容器内混合气体的密度不再变化

（4）25℃时，将体积比为2：1的NH₃和CO₂混合气体充人一个容积不变的真空密闭容器中，在恒定温度下使其发生反应I并达到平衡。测得平衡时混合气体的总浓度为4.8×10 ^-3mol．L^-1。则此温度下，反应I的平衡常数为           。

（5）总反应中影响CO：平衡转化率的因素很多，下图为某特定条件下，不同水碳比n（H₂O）/n（CO₂）和温度影响CO₂平衡转化率变化的曲线。

①其它条件相同时，为提高CO₂的平衡转化率，生产中可以采取的措施是        （填“提高”或“降低”）水碳比。

②当温度高于190℃后，CO₂平衡转化率出现如图所示变化趋势的原因是__________。

③不同的氨碳比（）对C0₂的转化率也有影响，若开始以氨碳比等于3进行总反应，达平衡时NH₃的转化率为40%，则C0₂的平衡转化率为        。

Answer

（1）-159.47（2）> 高温

（3）BD（4）6.1×107

（5）①降低 ②温度高于190℃时，因为总反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向进行，CO2的平衡转化率降低 ③60%

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律，反应Ⅲ-反应Ⅱ，得到2NH3（g）+CO2（g）⇌NH2CO2NH4（s）△H1=a=△H3-△H2=-159.47kJ•mol-1；

（2）反应Ⅱ反应前后气体体积增大，△S＞0，由于△H＞0，所以依据反应自发进行的判断依据△H-T△S＜0，需要在高温下反应自发进行；

（3）A．反应I中混合气体的总质量在变化，总物质的量也在变化，所以平均相对分子质量不再变化是不能说明一定达到平衡状态，A错误；B．该反应前后气体体积发生变化，所以容器内气体总压强不再变化时说明一定达到平衡状态，B正确；C．v正（ NH3）=2v逆（CO2）时说明达到平衡状态，C错误；D．容器内混合气体的总质量在变化，总体积不变，所以密度不再变化时，说明一定达到平衡状态，D正确；答案选BD；

（4）设充入的NH3和CO2的物质的量浓度分别为2a mol•L-1、a mol•L-1，

2NH3（g）+CO2（g）⇌NH2CO2NH4（s）

起始量（mol•L-1） 2a a

变化量（mol•L-1） 2x x

平衡量（mol•L-1）2a-2x a-x

则2a-2x+a-x=4.8×10 -3mol•L-1，a-x=1.6×10 -3mol•L-1，

平衡常数K=1/[（2a-2x）2（a-x）]= 6.1×107；

（5）①总反应2NH3（g）+CO2（g）⇌CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H3=-86.98kJ•mol-1，其他条件相同时，为提高CO2的平衡转化率，平衡正向进行，依据图象中的水碳比数据分析判断，生产中可以采取的措施是降低水碳比，二氧化碳转化率增大；

②温度高于190℃时，因为总反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向进行，CO2的平衡转化率降低；

③设充入的NH3和CO2的物质的量分别为3a mol、a mol，平衡时NH3的转化率为40%，变化量为1.2a，

2NH3（g）+CO2（g）⇌CO（NH2）2（s）+H2O（g）

起始量（mol） 3a a

变化量（mol） 1.2a 0.6a

则CO2的平衡转化率为0.6a/a×100%=60%。

考点：盖斯定律，平衡状态的判断，平衡常数，转化率