Question

在一定温度下，工业上合成尿素(H₂NCONH₂)的反应如下：

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

试回答下列问题：

(1)写出一种有利于提高尿素的产率的措施是______________________。 

(2)合成尿素的反应在进行时分为如下两步：

第一步：2NH₃(I)+CO₂(g)H₂NCOONH₄(I)（氨基甲酸铵）    △H₁

第二步：H₂NCOONH₄(I)H₂O(I)+H₂NCONH₂(I)        △H₂ 

某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0.2 L的密闭容器中投入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图甲所示：

①●……●代表的物质为_______(填化学式)

②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，反应进行到10min时到达平衡。反应进行到10 min时测得●……●所代表的物质的量如图所示，则该物质表示的表示化学反应的速率为________mol·L^-1·min^-1。

③第二步反应的平衡常数K₂随温度的变化如乙图所示，则△H₁____0 （填“>”“<”或“=”）。

④第一步反应在________(填“较高”或“较低”）温度下有利该反应自发进行。

(3)已知：N₂(g)+O₂(g)=2NO(g)    △H=+180.6kJ·mol^-1

N₂(g)+3H₂(g)= 2NH₃(g)           △H=-92.4kJ·mol^-1

2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)           △H=-483.6kJ·mol^-1

则4NO(g)+4NH₃(g)+O₂(g)=4N₂(g)+6H₂O(g)   △H=_________。

Answer

加压或降温 CO2 2 0.37 ＜ 较低 -1627.2 kJ·mol-1

【解析】（1）本题考查影响化学平衡移动的因素，正反应是放热反应，降低温度平衡向正反应方向移动，提高尿素的产率，根据组分的状态，只有CO2是气体，因此可以增大压强，平衡向正反应方向进行，提高尿素的产率；(2)本题考查勒夏特列原理、影响化学反应速率的因素、化学反应速率的计算，①NH3和CO2属于反应物，随着反应进行，物质的量应是减少，根据开始投入量得出，●一●应是NH3，●…●应是CO2；根据图像可知在15min左右，NH3和CO2生成氨基甲酸铵后不再变化，然后氨基甲酸铵先增大后减小，最后达到平衡，从曲线斜率不难看出第二步反应速率慢，因此合成尿素时总反应快慢是由第二步反应决定的；●…●表示CO2，根据反应速率的数学表达式，v(CO2)=(1－0.26)/(10×0.2)mol/(L·min)=0.37 mol/(L·min)；③随着温度的升高，平衡常数增大，说明反应向正反应方向进行，即△H2>0，根据图像，曲线的斜率上得知，前者变化大，后者变化小，说明前者温度高，即第一步为放热反应，即△H1<0；④根据△G=△H－T△S，第一步反应△H1<0，△S<0，自发进行△G<0，因此在较低温度下能够自发进行；（3）本题考查热化学反应方程式的计算，①N2(g)+O2(g)=2NO(g)，②N2(g)+3H2(g)= 2NH3(g) ，③2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)，因此有③×3－①×2－②×2得出△H=(－483.6×3－180.6×2＋92.4×2)kJ·mol－1=－1627.2kJ·mol－1。

点睛：本题的易错点是化学反应速率的计算，根据化学反应速率的定义：单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量，学生往往忽略分子是浓度的变化，直接用物质的量变化和时间的比值。