Question

四川有豐富的天然氣資源。以天然氣為原料合成尿素的主要步驟如下圖所示（圖中某些轉化步驟及生成物未列出）：

請填寫下列空白：

（1）已知0.5 mol甲烷和0.5 mol水蒸氣在t ℃，p k Pa時，完全反應生成一氧化碳和氫氣（合成氣），吸收了a kJ熱量。該反應的熱化學方程式是：       _____________    

（2）在合成氨的實際生產過程中，常采取的措施之一是：將生成的氨從混合氣體中即使分離出來，并將分離出氨后的氮氣和氫氣循環利用，同時補充氮氣和氫氣。請應用化學反應速率和化學平衡的觀點說明采取該措施的理由：            _____________________ 

（3）當甲烷合成氨氣的轉化率為75％時，以5.60×10⁷ L甲烷為原料能夠合成                       L 氨氣。（假設體積均在標準狀況下測定）

（4）已知尿素的結構簡式為，請寫出兩種含有碳氧雙鍵的尿素的同分異構體的結構簡式：①                      ，②                        。

 

Answer 1

【答案】

（1）CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)；△H＝2a kJ/mol

（2）增大氮氣和氫氣的濃度有利于增大反應速率；減小氨氣的濃度，增大氮氣和氫氣的濃度都有利于平衡向正反應方向移動。

（3）1.12×10⁸

（4）

【解析】（1）根據題目所示寫出化學反應方程式并配平：CH₄+H₂O→CO+3H₂，而且每有1mol的甲烷和水反應可吸收2a kJ的熱量，再考慮各物質狀態，則可得熱化學方程式

（2）增大氮氣和氫氣的濃度有利于增大反應速率；減小氨氣的濃度，增大氮氣和氫氣的濃度都有利于平衡向正反應方向移動

（3）由：CH₄+H₂O→CO+3H₂、CO+ H₂O=CO₂+H₂、3H₂ + N₂ 2NH₃

綜合可得：3CH₄～8NH₃，所以以5.60×10⁷ L甲烷為原料能夠合成氨氣為：

V=5.60×10⁷×75%×8/3=1.12×10⁸L

（4）可適當移動碳氧雙鍵位置、變更官能團即可。