Question

14．碳的氧化物在工業上有著廣泛的應用，如CO和H2可以合成甲醇，CO₂和NH₃可以合成尿素．
Ⅰ．若在20L的密閉容器中按物質的量之比1：2充入CO和H₂，發生反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．測得平衡時CO的轉化率隨溫度及壓強的變化如圖1所示．p2、195℃時，n（H₂）隨時間的變化如表所示．

t/min	0	1	3	5
n（H2）/mol	8	5	4	4

（1）p2、195℃時，0～1min內，v（H₂）=0.15mol•L^-1•min^-1．
（2）你認為p₁＜p₂；p₂、195℃時，B點，v（正）＜v（逆）（填“＜”“＞”或“=”）．
（3）p₂、195℃時，該反應的化學平衡常數為25．
Ⅱ．NH₃（g）與CO₂（g）經過兩步反應生成尿素，兩步反應的能量變化示意圖如圖2：

（1）NH₃（g）與CO₂（g）反應生成尿素的熱化學方程式為2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134kJ•mol^-1．
（2）工業上合成尿素時，既能加快反應速率，又能提高原料利用率的措施有D（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．

Answer 1

分析 I．（1）結合v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$計算；
（2）根據圖象可知相同溫度下，p₁時的CO轉化率小于p₂時的CO的轉化率，根據化學方程式，壓強增大，平衡向右移動；B點在平衡曲線之上，反應向左進行；
（3）3 min時，反應達到平衡，氫氣的物質的量減少4mol，濃度變化量為$\frac{4mol}{20L}$=0.2mol/L，則
                  CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始濃度        0.2      0.4                    0  
變化濃度       0.1       0.2                   0.1
平衡濃度       0.1      0.2                     0.1
結合平衡濃度計算K；
Ⅱ．（1）根據示意圖可知第一步反應的熱化學方程式為2NH₃（g）+CO₂（g）=H₂NCOONH₄（s）△H=-272 kJ•mol^-1，第二步反應的熱化學方程式為H₂NCOONH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=+138 kJ•mol^-1，根據蓋斯定律，則2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）為兩步反應的和；
（2）A．該反應為放熱反應，升高溫度平衡向左移動；
B．加入催化劑，平衡不移動；
C．將尿素及時分離出去，生成物濃度減小；
D．增大反應體系的壓強，反應速率加快，平衡向右移動．

解答 解：Ⅰ．（1）v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{8mol-5mol}{20L}}{1min}$=0.15 mol•L^-1•min^-1，故答案為：0.15；
（2）根據圖象可知相同溫度下，p₁時的CO轉化率小于p₂時的CO的轉化率，根據化學方程式，壓強增大，平衡向右移動，CO的轉化率增大，所以p₁＜p₂；B點在平衡曲線之上，反應向左進行，所以v（正）＜v（逆），
故答案為：＜；＜；
（3）3 min時，反應達到平衡，氫氣的物質的量減少4mol，濃度變化量為$\frac{4mol}{20L}$=0.2mol/L，則
                  CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始濃度        0.2      0.4                    0  
變化濃度       0.1       0.2                   0.1
平衡濃度       0.1      0.2                     0.1
則反應的化學平衡常數K=$\frac{0.1}{0.1×0．{2}^{2}}$=25，
故答案為：25；
Ⅱ．（1）根據示意圖可知第一步反應的熱化學方程式為2NH₃（g）+CO₂（g）=H₂NCOONH₄（s）△H=-272 kJ•mol^-1，第二步反應的熱化學方程式為H₂NCOONH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=+138 kJ•mol^-1，根據蓋斯定律，則2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）為兩步反應的和，△H=-272 kJ•mol^-1+138 kJ•mol^-1=-134 kJ•mol^-1，即熱化學方程式為2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ•mol^-1，
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ•mol^-1；
（2）A．該反應為放熱反應，升高溫度平衡向左移動，原料利用率降低，故A錯誤；
B．加入催化劑，平衡不移動，原料利用率不變，故B錯誤；
C．將尿素及時分離出去，反應速率減小，故C錯誤；
D．增大反應體系的壓強，反應速率加快，平衡向右移動，原料利用率增大，故D正確；
故答案為：D．

點評 本題考查化學平衡的計算，為高頻考點，把握化學平衡三段法、速率及K的計算、平衡移動、蓋斯定律應用等為解答的關鍵，側重分析與計算能力的考查，注意利用平衡濃度計算K，綜合性較強，題目難度中等．