Question

【題目】尿素在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。工業(yè)上有多種工藝用NH3和CO2直接合成尿素。

(1)水溶液全循環(huán)法合成尿素的反應(yīng)過程可用下列熱化學(xué)方程式表示：

反應(yīng)I 2NH3(1) +CO2(g)NH2 COONH4(1) △H1 = - 119.2 kJmol-1

反應(yīng)II NH2COONH4(1)CO(NH2)2(1)+ H2O(1) △H2= 15.5 kJmol-1

①寫出NH3(1)與CO2(g)反應(yīng)生成CO(NH2)2(1)和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：______。

②該工藝要求在190~ 200℃、13 ~ 24 MPa 的條件下反應(yīng)，90℃左右反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)最高平衡轉(zhuǎn)化率。試解釋選擇高壓條件的理由：_________。

(2)在不同氨碳比L=和水碳比W= 條件下CO2平衡轉(zhuǎn)化率x隨溫度T變化情況如圖所示：

①CO2平衡轉(zhuǎn)化率x隨溫度T升高先增大后減小，試分析原因：_________。

②在圖中，畫出L=4、W=O時(shí)CO2平衡轉(zhuǎn)化率x隨溫度T變化的曲線示意圖____。

(3)實(shí)驗(yàn)室模擬熱氣循環(huán)法合成尿素，T℃度時(shí)，將5.6mol NH3與5.2molCO2在容積恒定為0.5L的恒溫密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O (g) △H1＝—43kJmol-1。達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，NH3與CO2的平衡分壓之比 p(NH3): p(CO2)= 2:13。[p(NH3)= x(NH3)p，x(NH3)為平衡體系中NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，p為平衡總壓]。

①T ℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù) K = ______________。

②若不考慮副反應(yīng)，對(duì)于該反應(yīng)體系，下列說法正確的是 _________ 。

A.當(dāng)反應(yīng)體系中氣體分子的平均摩爾質(zhì)量保持不變時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)

B.相同條件下，提高水碳比或降低氨碳比都會(huì)使NH3 的平衡轉(zhuǎn)化率降低

C.在容器中加入CaO，(可與 H2O反應(yīng))，提高CO(NH2)2產(chǎn)率

D.反應(yīng)開始后的一段時(shí)間內(nèi)，適當(dāng)升溫可提高單位時(shí)間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率

Answer 1

【答案】2NH3(l)+ CO2(g)CO(NH2)2 (l)+ H2O(l) △H =-103.7kJ·mol-1 190~200℃時(shí)，NH 2COONH4 容易分解為 NH3和CO2，高壓有利于反應(yīng)I正向進(jìn)行 溫度升高，反應(yīng)I平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)II 平衡正向移動(dòng)，在190~200℃之前，反應(yīng)II 正向進(jìn)行的趨勢(shì)更大，190~200℃ 之后，反應(yīng)I逆向進(jìn)行的趨勢(shì)更大 1.5625 D

【解析】

（1）水溶液全循環(huán)法合成尿素的反應(yīng)過程可用下列熱化學(xué)方程式表示：

反應(yīng)I 2NH3(1) +CO2(g)NH2 COONH4(1) △H1 = - 119.2 kJmol-1

反應(yīng)II NH2COONH4(1)CO(NH2)2(1)+ H2O(1) △H2= 15.5 kJmol-1

①根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)I+反應(yīng)II得：NH3(1)與CO2(g)反應(yīng)生成CO(NH2)2(1)和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：2NH3(l)+ CO2(g)CO(NH2)2 (l)+ H2O(l) △H =-103.7kJ·mol-1。故答案為：2NH3(l)+ CO2(g)CO(NH2)2 (l)+ H2O(l) △H2=-103.7kJ·mol-1；

②反應(yīng)I 2NH3(1) +CO2(g)NH2 COONH4(1) 是氣體體積減小的反應(yīng)，選擇高壓條件的理由：190~200℃時(shí)，NH 2COONH4 容易分解為 NH3和CO2，高壓有利于反應(yīng)I正向進(jìn)行。故答案為：190~200℃時(shí)，NH 2COONH4 容易分解為 NH3和CO2，高壓有利于反應(yīng)I正向進(jìn)行；

（2）①CO2平衡轉(zhuǎn)化率x隨溫度T升高先增大后減小，因?yàn)椋簻囟壬�高，反�?yīng)I平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)II 平衡正向移動(dòng)，在190~200℃之前，反應(yīng)II 正向進(jìn)行的趨勢(shì)更大，190~200℃ 之后，反應(yīng)I逆向進(jìn)行的趨勢(shì)更大。故答案為：溫度升高，反應(yīng)I平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)II 平衡正向移動(dòng)，在190~200℃之前，反應(yīng)II 正向進(jìn)行的趨勢(shì)更大，190~200℃ 之后，反應(yīng)I逆向進(jìn)行的趨勢(shì)更大；

②L越大，氨的比例越大，根據(jù)反應(yīng)I ，提高氨的濃度，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，曲線應(yīng)在原曲線之上，溫度升高，反應(yīng)I平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)II 平衡正向移動(dòng)，在190~200℃之前，反應(yīng)II 正向進(jìn)行的趨勢(shì)更大，轉(zhuǎn)化率先增大，此后變小，L=4、W=O時(shí)CO2平衡轉(zhuǎn)化率x隨溫度T變化的曲線示意圖。故答案為：；

（3）①T ℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù):

，

x=2.6mol

K== 1.5625。

故答案為：1.5625；

②A．2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O (g) 該反應(yīng)中，若平衡正向移動(dòng)，混合氣的總質(zhì)量減小，總物質(zhì)的量也減小，所以反應(yīng)體系中氣體分子的平均摩爾質(zhì)量不能確定是否保持不變，故當(dāng)反應(yīng)體系中氣體分子的平均摩爾質(zhì)量不再變化時(shí)，不能判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；

B．相同條件下，提高水碳比相當(dāng)于提高生成物濃度，氨的平衡轉(zhuǎn)化率降低，降低氨碳比會(huì)使NH3的平衡轉(zhuǎn)化率增大，故B錯(cuò)誤；

C．在容器中加入CaO，(可與 H2O)反應(yīng)，但生成的氫氧化鈣也能與反應(yīng)物反應(yīng)，降低CO(NH2)2產(chǎn)率，故C錯(cuò)誤；

D．反應(yīng)開始后的一段時(shí)間內(nèi)，在沒有達(dá)到平衡前，適當(dāng)升溫可提高單位時(shí)間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率，故D正確；

故選D。

故答案為：D。