Question

【題目】工業(yè)上常利用CO2為初始反應物，合成一系列重要的化工原料。

（1）以CO2和NH3為原料合成尿素是利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反應可表示如下：

反應Ⅰ：2NH3（g）＋CO2（g）=NH2COONH4（s）ΔH1

反應Ⅱ：NH2COONH4（s）=CO（NH2）2（s）＋H2O（g）　ΔH2＝＋72.49 kJ·mol－1

總反應：2NH3（g）＋CO2（g）=CO（NH2）2（s）＋H2O（g）　ΔH3＝－86.98 kJ·mol－1

請回答下列問題：

①反應Ⅰ的ΔH1＝______________。

②在________（填“高溫”或“低溫”）情況下有利于反應Ⅱ的自發(fā)進行。

③一定溫度下，在體積固定的密閉容器中按n（NH3）∶n（CO2）＝2∶1 進行反應Ⅰ。下列能說明反應Ⅰ達到了平衡狀態(tài)的是____________（填字母代號）。

A 混合氣體的平均相對分子質量不再變化

B 容器內(nèi)氣體總壓強不再變化

C NH3與CO2的轉化率相等

D 容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化

（2）將CO2和H2按質量比25∶3充入一定體積的密閉容器中，在不同溫度下發(fā)生反應CO2（g）＋3H2（g）=CH3OH（g）＋H2O（g）。測得CH3OH（g）的物質的量隨時間的變化如下圖所示。

①曲線Ⅰ、Ⅱ對應的平衡常數(shù)大小關系為K（Ⅰ）______（填“>”“<”或“＝”）K（Ⅱ）。

②欲提高CH3OH（g）的平衡產(chǎn)率，可采取的措施除改變溫度外，還有__________（任寫兩種）。

③一定溫度下，在容積均為2 L的兩個恒容密閉容器中，按如下方式加入反應物，一段時間后反應達到平衡。

容器	甲	乙
反應物起 始投入量	1 mol CO2、 3 mol H2	a mol CO2 b mol H2 c mol CH3OH（g） c mol H2O（g） （a，b，c均不為0）

若甲容器中反應達平衡后氣體的壓強為開始時的，則該溫度下，反應的平衡常數(shù)為______；要使反應達平衡后乙容器與甲容器中相同組分的體積分數(shù)相等，且起始時維持化學反應向逆反應方向進行，則乙容器中c的取值范圍為_______________。

Answer 1

【答案】－159.47 kJ·mol－1 高溫 BD > 增大壓強或增加CO2用量或及時分離出產(chǎn)物（任寫兩種） <c<1

【解析】

（1）①根據(jù)蓋斯定律進行分析計算；

②反應自發(fā)進行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0；

③可逆反應2NH3（g）+CO2（g）NH2COONH4（s）為氣體體積縮小的反應，該反應達到化學平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進行判斷；

（2）①圖象分析可知先拐先平溫度高，溫度越高甲醇物質的量越小，結合平衡常數(shù)K= 分析；

②欲提高CH3OH的平衡產(chǎn)率，可采取的措施除改變溫度外，其他措施保證平衡正向進行分析判斷；

③結合平衡時三段式計算求出甲中平衡時各氣體的物質的量，平衡常數(shù)K=，然后根據(jù)平衡后乙與甲中相同組分的體積分數(shù)相等，且起始時維持反應逆向進行來判斷范圍。

（1）①根據(jù)蓋斯定律，由總反應－反應Ⅱ可得反應Ⅰ為2NH3（g）＋CO2（g）=NH2COONH4（s）ΔH1＝－159.47 kJ·mol－1；

②反應Ⅱ的正反應是氣體體積增大的反應，ΔS＞0，由焓變分析可知其是吸熱反應，ΔH＞0，所以依據(jù)反應自發(fā)進行的判斷依據(jù)ΔH－TΔS＜0可知，在高溫情況下有利于反應的自發(fā)進行；

③A.反應Ⅰ中反應物全部為氣體，生成物為固體，且反應按反應物的系數(shù)比投料，所以在反應前后，混合氣體的平均相對分子質量始終保持不變，其不能作為平衡狀態(tài)的判斷標志，A項錯誤；

B.恒溫恒容條件下，反應Ⅰ未達平衡前，氣體的物質的量減小，所以容器內(nèi)氣體總壓強減小，所以當容器內(nèi)氣體總壓強不再變化時，說明反應處于平衡狀態(tài)，B項正確；

C.NH3與CO2的轉化率始終相等，不能說明反應Ⅰ達到了平衡狀態(tài)，C項錯誤；

D.反應Ⅰ未達平衡前，容器體積不變，氣體質量減小，所以當容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化時，說明反應處于平衡狀態(tài)，D項正確；

故答案選BD；

（2）①Ⅱ平衡時間小于Ⅰ，說明Ⅱ反應速率大于Ⅰ，且平衡時Ⅱ中CH3OH的物質的量小于Ⅰ，說明平衡向逆反應方向移動，則只能是升高溫度，即Ⅱ的溫度大于Ⅰ，溫度越高，平衡向逆反應方向移動，導致化學平衡常數(shù)越小，所以KⅠ＞KⅡ；

②欲提高CH3OH的平衡產(chǎn)率，則使平衡正向移動，可采取的措施除改變溫度外，還有增大壓強或增加CO2用量或及時分離出產(chǎn)物；

③設二氧化碳的反應量為x，根據(jù)“三段式”法進行計算：

甲中平衡后氣體的壓強為開始時的倍，即＝，解得x＝mol，反應的平衡常數(shù)為＝；依題意可知甲、乙為等效平衡，且起始時維持反應逆向進行，所以全部由生成物投料，c的物質的量為1 mol，c的物質的量不能低于平衡時的物質的量mol，所以c的物質的量為＜c＜1。