Question

【題目】工業(yè)上常利用CO2為初始反應(yīng)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(yīng)可表示如下：

反應(yīng)Ⅰ：2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s) △H1

反應(yīng)Ⅱ：NH2COONH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H2=+72.49kJ/mol

總反應(yīng)：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H3=-86.98kJ/mol 請(qǐng)回答下列問題：

①根據(jù)8電子穩(wěn)定構(gòu)型，寫出 CO(NH2)2的結(jié)構(gòu)式_________________。

②反應(yīng)Ⅰ的△H1=______________。

③在____（填“高溫”或“低溫”）情況下有利于反應(yīng)Ⅱ的自發(fā)進(jìn)行。

④一定溫度下，在體積固定的密閉容器中按 n(NH3):n(CO2)=2:1 進(jìn)行反應(yīng)Ⅰ，下列能說明反應(yīng)Ⅰ達(dá)到了平衡狀態(tài)的是_______（填序號(hào)）。

A．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化

B．容器內(nèi)氣體總壓強(qiáng)不再變化

C．NH3與CO2的轉(zhuǎn)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(zhì)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(yīng)：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。測(cè)得CH3OH的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如下圖。

①曲線Ⅰ、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K(Ⅰ)_____K(Ⅱ)（填“ >”“<”或“=”）。

②欲提高CH3OH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2L的兩個(gè)恒容密閉容器中，按如下方式加入反應(yīng)物，一段時(shí)間后達(dá)到平衡。

容器	甲	乙
反應(yīng)物起始投入量	1molCO2、3molH2	a molCO2、bmolH2、cmolCH3OH(g)
		c mol H2O(g) (a、b、c 均不為零)

若甲容器平衡后氣體的壓強(qiáng)為開始的 5/6，則該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)為__________，要使平衡后乙容器與甲容器中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，且起始時(shí)維持化學(xué)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，乙容器中 c 的取值范圍為_______。

Answer 1

【答案】 -159.47 kJ/mol 高溫 BD > 增大壓強(qiáng)或增加CO2用量或及時(shí)分離出產(chǎn)物 1/12 1/3<c<1

【解析】

(1)①根據(jù)8電子穩(wěn)定構(gòu)型， CO(NH2)2的結(jié)構(gòu)式為；

②反應(yīng)Ⅰ：2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s)△H1=a kJmol-1，反應(yīng)Ⅱ：NH2CO2NH4(s) =CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H2=+72.49kJmol-1，總反應(yīng)Ⅲ：2NH3(g)+CO2(g) =CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H3=-86.98kJmol-1，由蓋斯定律總反應(yīng)Ⅲ-反應(yīng)Ⅱ，得到2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s)△H1=a=-159.47kJmol-1；

③反應(yīng)Ⅱ：NH2CO2NH4(s) =CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H2=+72.49kJmol-1，反應(yīng)前后氣體體積增大，△S＞0，焓變分析可知是吸熱反應(yīng)，△H＞0，所以依據(jù)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)△H-T△S＜0，需要在高溫下反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，故答案為：高溫；

④A．反應(yīng)I中反應(yīng)物為氣體，生成物全部為固體，所以在反應(yīng)前后，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變，所以不能作為平衡狀態(tài)的判斷標(biāo)志，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；

B．反應(yīng)I中，氣體的物質(zhì)的量減小，所以反應(yīng)的壓強(qiáng)減小，所以容器內(nèi)氣體總壓強(qiáng)不再變化時(shí)，說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，選項(xiàng)B正確；

C．NH3與CO2的轉(zhuǎn)化率相等時(shí)，不能達(dá)到v正( NH3)=2v逆(CO2)，反應(yīng)沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；

D．反應(yīng)I中，容器體積不變，氣體質(zhì)量減小，所以當(dāng)容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化時(shí)，說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，選項(xiàng)D正確；

答案選BD；

(2)①II平衡時(shí)間小于I，說明II反應(yīng)速率大于I，且平衡時(shí)II中CH3OH的物質(zhì)的量小于I，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，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(yīng)方向移動(dòng)，導(dǎo)致化學(xué)平衡常數(shù)越小，所以KⅠ＞KⅡ，故答案為：＞；

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

③設(shè)二氧化碳反應(yīng)量為x

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

初始量(mol)： 1 3 0 0

轉(zhuǎn)化量(mol)： x 3x x x

平衡量(mol)：1-x 3-3x x x

甲中平衡后氣體的壓強(qiáng)為開始時(shí)的倍，即=，解得x=mol，

反應(yīng)的平衡常數(shù)為；依題意：甲、乙為等同平衡，且起始時(shí)維持反應(yīng)逆向進(jìn)行，所以全部由生成物投料，c的物質(zhì)的量為1mol，c 的物質(zhì)的量不能低于平衡時(shí)的物質(zhì)的量mol，所以c的物質(zhì)的量為：mol＜c＜1mol。