Question

在工業(yè)合成尿素時常用NH₃與CO₂作原料進行生產(chǎn)．
（1）右圖為合成氨反應，氮氣、氫氣按體積比為1：3投料時不同溫度和壓強、使用相同催化劑條件下，平衡混合物中氨的體積分數(shù)圖象．
①若分別用υ_A（NH₃）和υ_B（NH₃）表示從反應開始至達平衡狀態(tài)A、B時的化學反應速率，則υ_A（NH₃）

 

υ_B（NH₃）（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在250℃、1.0×10⁴kPa下，H₂的轉(zhuǎn)化率為

 

%（計算結果保留小數(shù)點后1位）．
③將0.02mol?L^-1氨水與0.01mol?L^-1的鹽酸等體積混合，若反應后混合溶液顯堿性，則反應混合液中各離子濃度由大到小的順序為

 

．
（2）NH₃（g） 與CO₂（g） 經(jīng)過兩步反應生成尿素，兩步反應的能量變化示意圖如下：
①NH₃（g） 與CO₂（g） 反應生成尿素的熱化學方程式為

 

．
②工業(yè)上合成尿素時，既能加快反應速率，又能提高原料利用率的措施有

 

．（填序號）
A．升高溫度   B．加入催化劑   C．將尿素及時分離出去  D．增大反應體系的壓強
（3）某實驗小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件，在一體積為0.5L的密閉容器中投入4mol氨和1mol二氧化碳，實驗測得反應中各組分隨時間的變化如圖所示：

①已知總反應的速率通常由慢的一步反應決定，則合成尿素總反應的速率由第

 

步反應決定．
②反應進行到10min時測得CO₂的物質(zhì)的量如圖所示，則用CO₂表示的第一步反應的速率v（CO₂）=

 

．

Answer 1

分析：（1）①溫度越大，壓強越大，反應速率越大；
②在250℃、1.0×10⁴kPa下，氨氣的體積分數(shù)為50%，則
       N₂+3H₂?2NH₃
開始    1   3    0
轉(zhuǎn)化    x    3x  2x
平衡  1-x   3-3x  2x
所以

2x

4-2x

=50%，以此計算轉(zhuǎn)化率；
③將0.02mol?L^-1氨水與0.01mol?L^-1的鹽酸等體積混合，二者反應，溶液中的溶質(zhì)為等物質(zhì)的量濃度的氨水和氯化銨溶液，溶液呈堿性，說明一水合氨電離程度大于銨根離子水解程度；
（2）①由圖示可知，兩步反應的完成的熱效應與一步完成的熱效應是相同的；
②該反應是氣體體積減小的放熱反應，既能加快反應速率、又能提高原料利用率的措施是增大壓強；
（3）①已知總反應的快慢由慢的一步?jīng)Q定，結合圖象變化趨勢，圖象表達反應的判斷，反應快慢可以依據(jù)第一步和第二步反應的曲線斜率比較大小；
②分析圖象計算10分鐘時二氧化碳的消耗物質(zhì)的量，結合化學反應速率概念計算得到．

解答：解：（1）①溫度越大，壓強越大，反應速率越大，由圖可知，B對應的溫度、壓強大，則反應速率大，故答案為：＜；
②在250℃、1.0×10⁴kPa下，氨氣的體積分數(shù)為50%，則
       N₂+3H₂?2NH₃
開始    1   3    0
轉(zhuǎn)化    x    3x  2x
平衡  1-x   3-3x  2x

2x

4-2x

=50%，x=

2

3

，氫氣的轉(zhuǎn)化率=

3× 2 3

3

×100%=66.7%，
故答案為：66.7%；
③將0.02mol?L^-1氨水與0.01mol?L^-1的鹽酸等體積混合，二者反應，溶液中的溶質(zhì)為等物質(zhì)的量濃度的氨水和氯化銨溶液，溶液呈堿性，溶液中c（OH^-）＞c（H⁺），說明一水合氨電離程度大于銨根離子水解程度，結合電荷守恒得c（NH₄⁺）＞c（Cl^-），所以離子濃度大小順序是c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（2）①由圖示可知，兩步反應的完成的熱效應與一步完成的熱效應是相同的，將兩個反應相加可得2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol，
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol；
②該反應是氣體體積減小的放熱反應，既能加快反應速率、又能提高原料利用率的措施是增大壓強，故選D；
（3）①由圖象可知在15分鐘左右，氨氣和二氧化碳反應生成氨基甲酸銨后不再變化發(fā)生的是第一步反應，氨基甲酸銨先增大再減小最后達到平衡，發(fā)生的是第二步反應，從曲線斜率不難看出第二步反應速率慢，所以已知總反應的快慢由慢的一步?jīng)Q定，
故答案為：二；
②依據(jù)圖象分析，二氧化碳再進行到10min時物質(zhì)的量為0.26mol，所以此時的反應速率=

1mol-0.26mol 0.5L

10min

=0.148mol/L?min，
故答案為：0.148mol/L?min．

點評：本題考查了化學平衡、離子濃度大小的比較等知識點，難點是圖象分析（3），會根據(jù)曲線斜率確定反應快慢，再結合題給信息進行分析解答，題目難度中等．