Question

【題目】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= (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)如圖所示的變化趨勢(shì)，其原因是 。

（4）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)。

（5）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

【答案】（1）-159.47 kJmol-1（1分）（2）＞（1分） 高溫（1分） （3）降低 （1分） 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）

（4）（2分） （5）AB（2分）

【解析】

試題分析：（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

由蓋斯定律可知總反應(yīng)Ⅲ-反應(yīng)Ⅱ，得到2NH3（g）+CO2（g）NH2CO2NH4（s）△H1＝a＝-159.47kJ·mol－1；

（2）反應(yīng)Ⅱ：NH2CO2NH4（s）CO(NH2)2（s）+H2O（g）△H2=+72.49kJ/mol，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；

（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；

②反應(yīng)Ⅲ：2NH3（g）+CO2（g）CO(NH2)2（s）+H2O（g）△H3=-86.98kJ/mol，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；

（4）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 0

平衡量（mol·L－1） 0.05 0.025 0

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：

；

（5）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，A符合；B．H2NOCCH2CH2CONH2 結(jié)構(gòu)中含有與羰基連接的氨基，B符合；C．HOCH2CH2OH結(jié)構(gòu)中不含有氨基，C不符合；D．HOCH2CH2NH2分子中的氨基不是和羰基連接，不具備此性質(zhì)，D不符合；答案選A、B。