题目内容
【题目】工业上以CO2和NH3为原料合成尿素。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下：
反应Ⅰ：2NH3(g)＋CO2(g)
NH2CO2NH4(s) ΔH1＝－159.47 kJ·mol－1
反应Ⅱ：NH2CO2NH4(s) CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH2＝＋72.49 kJ·mol－1
总反应Ⅲ：2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH3
回答下列问题：
(1)在相同条件下，反应Ⅰ分别在恒温恒容容器中和绝热恒容容器中进行，二者均达到平衡后，c(CO2)恒温________c(CO2)绝热(填“大于”“小于”或“等于”)；ΔH3＝____________。
(2)某研究小组为探究反应Ⅰ中影响c(CO2)的因素，在恒温下将0.4 mol NH3和0.2 mol CO2放入容积为2 L的密闭容器中，t1时达到化学平衡，c(CO2)随时间t变化曲线如图甲所示，在0～t1时间内该化学反应速率υ(NH3)＝____________；若其他条件不变，t1时将容器体积压缩到1 L，t2时达到新的平衡。请在图甲中画出t1～t2时间内c(CO2)随时间t变化的曲线。___________________________________
(3)在150 ℃时，将2 mol NH3和1 mol CO2置于a L 密闭容器中，发生反应Ⅲ，在t时刻，测得容器中CO2转化率约为73%，然后分别在温度为160 ℃、170 ℃、180 ℃、190 ℃时，保持其他初始实验条件不变，重复上述实验，经过相同时间测得CO2转化率并绘制变化曲线(见图乙)。在150～170 ℃之间，CO2转化率呈现逐渐增大的变化趋势，其原因是__________180 ℃时反应Ⅲ的平衡常数K＝____________(用含a的式子表示)。
(4)侯氏制碱法主要原料为NaCl、CO2和NH3，其主要副产品为NH4Cl，已知常温下，NH3·H2O的电离常数Kb＝1.8×10－5，则0.2 mol·L－1 NH4Cl溶液的pH约为________(取近似整数)。
【答案】小于 －86.98 kJ·mol－1 
molL-1min-1 
反应未达到平衡状态，温度越高反应速率越快，CO2转化率越向平衡靠拢 12a2 5
【解析】
（1）反应Ⅰ分别在恒温恒容和绝热恒容中进行，二者均达到平衡，绝热容器中温度升高平衡逆向进行，二氧化碳浓度增大；用盖斯定律计算H3；
（2）由图甲知在0～t1时间内，二氧化碳浓度的变化量为0.1mol/L-0.025mol/L=0.075mol/L，根据υ=
进行计算；体积压缩为原来的一半，浓度瞬时增大为原来的一倍，变为0.05mol/L，增大压强平衡正向移动，因生成物为固体，最终达到的平衡状态时CO2的浓度仍为0.025mol/L，据此画出曲线；
（3）由图乙可知二氧化碳的转化率随温度的升高而增大，温度达到170℃时达到最大值，反应达到平衡状态，温度继续升高，二氧化碳的转化率逐渐减小，说明平衡逆向进行；180 ℃时二氧化碳的转化率为75%，利用三段法进行计算；
（4）铵根离子水解使溶液呈酸性，NH4+的水解平衡常数Kh=
=
与c2(H+)=Kh·c(NH4+)计算出c(H+)，进一步计算pH。
（1）反应Ⅰ分别在恒温恒容和绝热恒容中进行，二者均达到平衡，由于反应I是放热反应，绝热容器中温度升高平衡逆向进行，二氧化碳浓度增大，c(CO2)恒温小于c(CO2)绝缘；利用盖斯定律可知I+II得总反应，2NH3(g)＋CO2(g)
CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH3=-86.98 kJ·mol－1；
（2）由图甲知在0～t1时间内，二氧化碳浓度的变化量为0.1mol/L-0.025mol/L=0.075mol/L，则c（NH3）=0.15mol/L， υ(NH3)==
=
molL-1min-1；体积压缩为原来的一半，浓度瞬时增大为原来的一倍，变为0.05mol/L，增大压强平衡正向移动，因生成物为固体，最终达到的平衡状态时CO2的浓度仍为0.025mol/L，据此曲线为：
；
（3）由图乙可知二氧化碳的转化率随温度的升高而增大，温度达到170℃时达到最大值，反应达到平衡状态，温度继续升高，二氧化碳的转化率逐渐减小，说明平衡逆向进行，所以在150～170 ℃之间，CO2转化率呈现逐渐增大的变化趋势，其原因是反应未达到平衡状态，温度越高反应速率越快，CO2转化率越向平衡靠拢；
设CO2转化了x mol/L
2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(s)＋H2O(g)
始（mol/L） 
0
转（mol/L） 2x x x
平（mol/L） -2x 
-x x
180 ℃时二氧化碳的转化率为75%，则有
100%=75%，解得x=
平衡常数K＝
=
=12a2；
（4）铵根离子水解使溶液呈酸性，NH4的水解平衡常数Kh===
，水解生成的c(NH3·H2O)近似等于c(H+)，则c2(H+)=Kh·c(NH4+)，c(H+)=
=
≈10-5mol/L，pH=-lg[c(H+)]=5。
