Question

（16分）尿素（H₂NCONH₂）是一種非常重要的高氮化肥，工業上合成尿素的反應分為如下兩步：

第1步：2NH₃(l)＋CO₂(g) H₂NCOONH₄(氨基甲酸銨) (l)   △H₁= —330.0 kJ·mol^－1

第2步：H₂NCOONH₄(l)H₂O(l)＋H₂NCONH₂(l)           △H₂=+226.3 kJ·mol^－1

（1）寫出工業合成尿素的熱化學方程式：                              

（2）下列措施中有利于提高尿素的產率的是___________。

A．采用高溫        B．采用高壓        C．添加高效催化劑      D．定時分離尿素

（3）某實驗小組模擬工業上合成尿素的條件，在一體積為0.5 L密閉容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳，實驗測得反應中各組分隨時間的變化如下圖所示：

①已知總反應的快慢由慢的一步決定，則合成尿素總反應的快慢由第     步反應決定。

②反應進行到10 min時測得CO₂的物質的量如上圖所示，則用CO₂表示的第一步反應的速率v(CO₂)＝     。

（4）工業上合成氨常與尿素生產聯合進行以提高經濟效益，合成氨的熱化學方程式如下：

N₂(g) + 3H₂(g)  2NH₃(g)   △H = —92.4 kJ/mol

請在答題卡的坐標圖中，畫出反應過程中體系的能量變化圖（進行必要的標注）。

（5）有一工業投產前小實驗：在一定溫度和壓強下，將6 molH₂和2 molN₂在2L密閉容器中混合，當該反應達到平衡時，測得平衡混合氣中NH₃的體積分數約為11.1％（即1/9），此時H₂的轉化率是多少？（寫出計算過程，計算結果保留3位有效數字。）

 

Answer 1

【答案】

（1）2NH₃(l)＋CO₂(g)H₂O(l)＋H₂NCONH₂ (l)  △H＝－103.7 kJ·mol^－1 （2分）

（2）BD  （2分，錯選不給分） 

（3）①2  （2分）        ②0.148 mol/(L·min) （2分）

（4）（3分）

（5）（5分）

解： 設平衡時N₂轉化了的濃度為x

             N₂   +   3H₂   2NH₃

C(開始) mol/L  1        3           0

C(轉化) mol/L  x        3x          2x

C(平衡) mol/L  1-x      3-3x         2x

2x/(1-x+3-3x+2x)×100%=11.1％   （3分）

x=0.200  mol/L（1分）

H₂的轉化率=3×0.200 mol/L /3 mol/L  ×100%＝20.0% (1分)

【解析】