Question

二氧化碳是一種寶貴的碳氧資源。以CO₂和NH₃為原料合成尿素是固定和利用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)NH₂CO₂NH₄(s)   △H₁="a" kJ·mol^－1
反應(yīng)Ⅱ：NH₂CO₂NH₄(s)CO(NH₂)₂(s)＋H₂O(g)   △H₂=＋72.49kJ·mol^－1
總反應(yīng)Ⅲ：2NH₃(g)＋CO₂(g)CO(NH₂)₂(s)＋H₂O(g)   △H₃=－86.98kJ·mol^－1
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）反應(yīng)Ⅰ的△H₁=__________kJ·mol^－1(用具體數(shù)據(jù)表示)。
（2）反應(yīng)Ⅱ的△S______(填＞或＜)0，一般在__________情況下有利于該反應(yīng)的進(jìn)行。
（3）反應(yīng)Ⅲ中影響CO₂平衡轉(zhuǎn)化率的因素很多，下圖1為某特定條件下，不同水碳比n(H₂O)/n(CO₂)和溫度影響CO₂平衡轉(zhuǎn)化率變化的趨勢(shì)曲線。
①其他條件相同時(shí)，為提高CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，生產(chǎn)中可以采取的措施是________(填提高或降低)水碳比。
②當(dāng)溫度高于190℃后，CO₂平衡轉(zhuǎn)化率出現(xiàn)如圖1所示的變化趨勢(shì)，其原因是__________。

（4）反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)表達(dá)式K₁=____________________；如果起始溫度相同，反應(yīng)Ⅰ由在恒溫容器進(jìn)行改為在絕熱(與外界沒(méi)有熱量交換)容器中進(jìn)行，平衡常數(shù)K₁將__________(填增大、減少、不變)。
（5）某研究小組為探究反應(yīng)Ⅰ中影響c(CO₂)的因素，在恒溫下將0.4molNH₃和0.2molCO₂放入容積為2L的密閉容器中，t₁時(shí)達(dá)到平衡過(guò)程中c(CO₂)隨時(shí)間t變化趨勢(shì)曲線如上圖2所示。若其他條件不變，t₁時(shí)將容器體積壓縮到1L，請(qǐng)畫出t₁后c(CO₂)隨時(shí)間t變化趨勢(shì)曲線(t₂達(dá)到新的平衡)。
（6）尿素在土壤中會(huì)發(fā)生反應(yīng)CO(NH₂)₂＋2H₂O(NH₄)₂CO₃。下列物質(zhì)中與尿素有類似性質(zhì)的是______。

A．NH2COONH4	B．H2NOCCH2CH2CONH2
C．HOCH2CH2OH	D．HOCH2CH2NH2

Answer 1

(14分)（1）-159.47（2分） （2）>（1分） 高溫（1分）
（3）①降低（1分）②溫度高于190℃時(shí)，因?yàn)榉磻?yīng)Ⅲ是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆方向進(jìn)行，CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率降低，（2分，給出合理解釋即可給分）。
（4）K­₁=1/[c²(NH₃)·c(CO₂)] （2分），減少（1分）
（5）
（注意：曲線的起點(diǎn)、平衡點(diǎn)和變化趨勢(shì)共2分）
（6）A、B（2分）

解析試題分析：解：（1）反應(yīng)Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）NH₂CO₂NH₄（s）△H₁="a" kJ·mol^－1
反應(yīng)Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）CO(NH₂)₂（s）+H₂O（g）△H₂=+72.49kJ·mol^－1
總反應(yīng)Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）CO(NH₂)₂（s）+H₂O（g）△H₃=-86.98kJ·mol^－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=-159.47kJ·mol^－1，
故答案為：-159.47；
（2）反應(yīng)Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）CO(NH₂)₂（s）+H₂O（g）△H₂=+72.49kJ?mol^－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；
（3）①反應(yīng)Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）CO(NH₂)₂（s）+H₂O（g）△H₃=-86.98kJ·mol^－1，其他條件相同時(shí)，為提高CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，平衡正向進(jìn)行，依據(jù)圖象中的水碳比數(shù)據(jù)分析判斷，生產(chǎn)中可以采取的措施是降低水碳比，二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，故答案為：降低；
②反應(yīng)Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）CO(NH₂)₂（s）+H₂O（g）△H₃=-86.98kJ?mol^－1，是放熱反應(yīng)，升溫高于190℃，依據(jù)圖象分析可知，二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，因?yàn)闇囟壬�高，平衡逆向進(jìn)行，
故答案為：溫度高于190℃時(shí)，因?yàn)榉磻?yīng)Ⅲ是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆方向進(jìn)行，CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率降低；
（4）反應(yīng)Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）NH₂CO₂NH₄（s）△H₁=-159.47kJ?mol^－1，平衡常數(shù)K= ；
起始溫度相同，反應(yīng)Ⅰ由在恒溫容器進(jìn)行改為在絕熱（與外界沒(méi)有熱量交換）容器中進(jìn)行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行溫度升高平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小；
（5）在恒溫下將0.4mol NH₃和0.2mol CO₂放入容積為2L的密閉容器中，達(dá)到平衡時(shí)，
2NH₃（g）+CO₂（g）NH₂CO₂NH₄（s）
起始量（mol·L^－1）  0.2       0.1           0
變化量（mol·L^－1） 0.15       0.075
平衡量（mol·L^－1） 0.05        0.025
t₁時(shí)達(dá)到平衡過(guò)程中c（CO₂）隨時(shí)間t變化趨勢(shì)曲線如圖2所示．若其他條件不變，t₁時(shí)將容器體積壓縮到1L，二氧化碳濃度應(yīng)增大到0.05mol·L^－1，壓強(qiáng)增大，平衡正向進(jìn)行，由于生成物是固體，所以達(dá)到平衡狀態(tài)，二氧化碳濃度保持不變，據(jù)此畫出變化曲線為：
；
（6）尿素在土壤中會(huì)發(fā)生反應(yīng)CO(NH₂)₂+2H₂O（NH₄）₂CO₃．分析結(jié)構(gòu)特征可知，物質(zhì)性質(zhì)取決于官能團(tuán)，尿素中氨基和羰基相連和水反應(yīng)生成銨根離子，所以選項(xiàng)中符合此結(jié)果特征的有類似性質(zhì)：
A．NH₂COONH₄，結(jié)構(gòu)中含有與羰基連接的氨基，故A符合；
B．H₂NOCCH₂CH₂CONH₂結(jié)構(gòu)中含有與羰基連接的氨基，故B符合；
C．HOCH₂CH₂OH，結(jié)構(gòu)中不含有氨基，故C不符合；        
D．HOCH₂CH₂NH₂，分子中的氨基不是和羰基連接，不具備次性質(zhì)，故D不符合；
故答案為：A、B。
考點(diǎn)：本題考查熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)平衡影響因素分析判斷，平衡常數(shù)，圖象繪制與分析。