Question

【題目】在一定溫度下，工業(yè)上合成尿素（H2NCONH2）的反應(yīng)如下：2NH3（I）+CO2（g）H2O（I）+H2NCONH2（I）△H=﹣103.7kJmol﹣1試回答下列問題：
（1）寫出一種有利于提高尿素的產(chǎn)率的措施是 ．
（2）合成尿素的反應(yīng)在進(jìn)行時(shí)分為如下兩步： 第一步：2NH3（I）+CO2（g）H2NCOONH4（I）（氨基甲酸銨）△H1
第二步：H2NCOONH4（I）H2O（I）+H2NCONH2（I）△H2
某實(shí)驗(yàn)小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件，在一體積為0.2L的密閉容器中投入4mol氨和1mol二氧化碳，實(shí)驗(yàn)測得反應(yīng)中各組分隨時(shí)間的變化如圖甲所示：

①●●代表的物質(zhì)為（填化學(xué)式）
②已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，則合成尿素總反應(yīng)的快慢由第步反應(yīng)決定，反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)到達(dá)平衡．反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)測得●●所代表的物質(zhì)的量如圖所示，則該物質(zhì)表示的表示化學(xué)反應(yīng)的速率為molL﹣1min．L﹣1
③第二步反應(yīng)的平衡常數(shù)K2隨溫度的變化如乙圖所示，則△H1 0 （填“＞”“＜”或“=”）．
④第一步反應(yīng)在（填“較高”或“較低”）溫度下有利該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行．
（3）已知： N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H=+180.6kJmol﹣1
N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）△H=﹣92.4kJmol﹣1
2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H=﹣483.6kJmol﹣1
則4NO（g）+4NH3（g）+O2（g）═4N2（g）+6H2O（g）△H= ．

Answer 1

【答案】
（1）加壓或降溫
（2）CO2；2；0.41；＜；較低
（3）﹣1627.2 kJ?mol﹣1
【解析】解：（1）2NH3（l）+CO2（g）H2O（l）+H2NCONH2（l）△H=﹣103.7kJmol﹣1 ， 反應(yīng)有氣體參加，反應(yīng)前后氣體體積減小，采用增大壓強(qiáng)，反應(yīng)正向進(jìn)行，尿素的產(chǎn)率增大，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降溫反應(yīng)正向進(jìn)行，尿素的產(chǎn)率增大， 所以答案是：加壓或降溫；（2）①合成尿素的反應(yīng)，第一步：2NH3（I）+CO2（g）H2NCOONH4 ，
第二步：H2NCOONH4（I）H2O（I）+H2NCONH2 ， 投入4mol氨，且氨氣在反應(yīng)中始終減少，為 ，H2NCOONH4先增加，后減少，為 ，物質(zhì)的量始終在增加， 為尿素，
所以答案是：CO2；②由圖象可知在15分鐘左右，氨氣和二氧化碳反應(yīng)生成氨基甲酸銨后不再變化發(fā)生的是第一步反應(yīng)，氨基甲酸銨先增大再減小最后達(dá)到平衡，發(fā)生的是第二步反應(yīng)，從曲線斜率不難看出第二步反應(yīng)速率慢，所以已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，則合成尿素總反應(yīng)的快慢由第二步?jīng)Q定，投入1mol二氧化碳，減少趨勢不大的●●代表的為二氧化碳，依據(jù)圖象分析，二氧化碳再進(jìn)行到10min時(shí)物質(zhì)的量為0.18mol，所以此時(shí)的反應(yīng)速率為V（CO2）= = =0.41mol/（Lmin），
所以答案是：2； 0.41；③由圖Ⅱ可知，隨著溫度的升高，平衡常數(shù)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，△H2＞0，2NH3（I）+CO2（g）H2O（I）+H2NCONH2（I）△H=﹣103.7kJmol﹣1 ， 則△H1 ， ＜0，
所以答案是：＜；④根據(jù)第一步的方程式可知，反應(yīng)物中有氣體，生成物中沒氣體，所以△S＜0，△H1 ， ＜0，根據(jù)△G=△H﹣T△S可知，溫度較低時(shí)，△G可能小于0，即反應(yīng)可以自發(fā)，
所以答案是：較低；（3）已知：①N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H=+180.6kJmol﹣1②N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）△H=﹣92.4kJmol﹣1③2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H=﹣483.6kJmol﹣1
則（③×3﹣①×2﹣②×2）得：4NO（g）+4NH3（g）+O2（g）═4N2（g）+6H2O（g）根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)熱的大小與反應(yīng)的途徑無關(guān)，只與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，則△H=（﹣483.6kJmol﹣1）×3﹣（+180.6kJmol﹣1）×2﹣（﹣92.4kJmol﹣1）×2=﹣1627.2 kJmol﹣1 ，
所以答案是：﹣1627.2 kJmol﹣1 ．
【考點(diǎn)精析】根據(jù)題目的已知條件，利用化學(xué)平衡狀態(tài)本質(zhì)及特征的相關(guān)知識可以得到問題的答案，需要掌握化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態(tài)平衡，平衡時(shí)反應(yīng)仍在進(jìn)行；“定”即反應(yīng)混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學(xué)平衡；與途徑無關(guān)，外界條件不變，可逆反應(yīng)無論是從正反應(yīng)開始，還是從逆反應(yīng)開始，都可建立同一平衡狀態(tài)（等效）．