Question

【題目】工業(yè)上用CO2和NH3合成尿素 [CO(NH2)2]。某研發(fā)小組為合成尿素進行如下實驗：向5L恒容密閉容器中通入0.2molNH3和0.1molCO2，分別進行Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三組實驗。在不同條件下發(fā)生反應：，反應體系總壓強隨時間的變化曲線如圖所示。

(1)已知：

①

②

用CO2和NH3合成尿素的熱化學方程式為________。

(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三組實驗中，反應溫度最高的是________。(填“Ⅰ”、“Ⅱ”或“Ⅲ”)

(3)Ⅰ、Ⅲ兩組實驗中，NH3轉化率較高的是________。(填“Ⅰ”或“Ⅲ”)

(4)若要增加實驗Ⅱ的反應速率并提高NH3轉化率，改變下列條件可以實現(xiàn)的是________(填標號)

A．增加CO2的物質的量 B．加入惰性氣體使壓強增大

C．升高反應的溫度 D．改用2L的容器進行實驗

(5)Ⅰ、Ⅱ兩組實驗中，反應達到平衡的時間不同，可能的原因是________。

(6)第Ⅱ組實驗開始6min內(nèi)NH3的平均反應速率為________，平衡常數(shù)________。

Answer 1

【答案】 Ⅲ Ⅰ AD 使用了不同的催化劑 0.0025 960

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律進行計算；

(2)在相同的容器的反應器中，投入相同物質的量的反應物，但是反應開始的時候，Ⅲ中的壓強最高，而Ⅰ和Ⅱ的壓強相同，在物質的量、體積相同的情況下，壓強和溫度成正比；可知Ⅰ和Ⅱ的反應溫度相同，反應Ⅲ的溫度較Ⅰ和Ⅱ高；

(3)該反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，NH3的轉化率降低，據(jù)此規(guī)律進行分析；

(4)A．增加CO2的物質的量，速率加快，NH3的轉化率增加；

B．加入惰性氣體，但是各物質的濃度不變，不影響反應速率和轉化率；

C．升高反應的溫度，速率加快，平衡逆向移動；

D．改用2L的容器進行實驗，相當于壓縮氣體，各物質的濃度增大，速率加快，平衡正向移動；

(5)反應Ⅰ和Ⅱ中NH3的轉化率相同，但是反應Ⅰ的反應速率更快，說明反應Ⅰ和Ⅱ使用了不同的催化劑；

(6)在體積不變的情況下，壓強和物質的量成正比。反應開始時，0.2molNH3和0.1molCO2對應的壓強為200kPa，達到平衡時，壓強為150KPa，可得達到平衡時，氣體的總物質的量，假設CO2反應了xmol，根據(jù)反應列三等式，計算出x，從而計算出6min內(nèi)NH3的平均反應速率，反應的平衡常數(shù)。

(1)根據(jù)蓋斯定律，反應①+反應②可得目標反應，CO2(g)＋2NH3(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)，△H=△H1+△H2==(－159.5＋116.5)kJ·mol－1=－43kJ·mol－1；

答案為CO2(g)＋2NH3(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)△H=－43kJ·mol－1；

(2)在相同的容器的反應器中，投入相同物質的量的反應物，但是反應開始的時候，Ⅲ中的壓強最高，而Ⅰ和Ⅱ的壓強相同，在物質的量、體積相同的情況下，壓強和溫度成正比；可知Ⅰ和Ⅱ的反應溫度相同，反應Ⅲ的溫度較Ⅰ和Ⅱ高；所以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三組實驗中，溫度最高的是Ⅲ；

(3)該反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，NH3的轉化率降低；實驗Ⅰ的溫度低，可知實驗Ⅰ中NH3的轉化率較高；

(4)A．增加CO2的物質的量，生成物濃度增加，化學反應速率增加，NH3的轉化率也增加，A符合題意；

B．加入惰性氣體，但是各物質的濃度不變，反應速率和NH3的轉化率均不變，B不符合題意；

C．升高反應的溫度，化學反應速率增加，但是平衡逆向移動，NH3的轉化率降低，C不符合題意；

D．改用2L的容器進行實驗，相當于壓縮氣體，各物質的濃度增大，反應速率增加；壓縮體積，平衡正向移動，NH3的轉化率增加，D符合題意；

答案選AD；

(5)反應Ⅰ和Ⅱ中NH3的轉化率相同，但是反應Ⅰ的反應速率更快，說明反應Ⅰ和Ⅱ使用了不同的催化劑；

(6)在體積不變的情況下，壓強和物質的量成正比。反應開始時，0.2molNH3和0.1molCO2對應的壓強為200kPa，達到平衡時，壓強為150KPa，可得達到平衡時，氣體的總物質的量，假設CO2反應了xmol，根據(jù)三等式，有；

則有0.2－2x＋0.1－x＋x=，得x=，6min內(nèi)NH3的平均反應速率；平衡常數(shù)。