Question

【题目】含氮类化合物在人类的日常生活中有着重要的作用。

（1）研究表明，在200℃，压强超过200MPa时，不使用催化剂，氨便可以顺利合成。但工业上合成NH3往往在温度500℃压强20~50MPa的条件下进行，已知合成氨为放热反应，试分析原因________________________________。

（2）已知：A.2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(l) ΔH=-123kJ/mol

B. NH2COONH4(l)(NH2)2CO(g)+H2O(g) ΔH= +50kJ/mol

①在工业生产中，尿素是由以上A、B两步合成的，则工业上由氨气与二氧化碳合成尿素的热化学反应方程式为：__________________________________。

②尿素合成过程中通过控制温度、NH3和CO2的物质的量比(氨碳比a)等因素来提高CO2的转化率。如图是在其他因素一定，不同氨碳比条件下CO2平衡转化率与温度的关系图。由图可知当温度一定时，a值越大，CO2转化率越大其原因是_____________________；当a一定时，CO2平衡转化率呈现先增大后减小的趋势，其原因为_______________________________。

（3）工业上常利用4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)生产硝酸。在同温条件下，向2L的反应容器中充入2mol NH3与2.75molO2，平衡时NH3转化率为50%，则该温度下K=________________；保持温度不变，反应容器中每种物质各增加0.1mol，则平衡将___________移动；其他条件不变，下列措施一定可以增大氨气转化率的是_________________。

a.降低氨气浓度 b.增大容器体积 c.降低温度 d.移除水蒸气 e.选择合适的催化剂

Answer 1

【答案】 温度太低反应太慢，压强太大对设备要求较高，压强太低转化率下降 2NH3(g)+CO2(g) (NH2)2CO(g) +H2O(g) ΔH=-73kJ/mol a值越大，NH3占反应物比例高，平衡向正向移动提高了CO2转化率 前半段B反应为主导因素，温度升高，促进B反应向正向移动，后半段A反应为主导因素，A反应向逆向移动 0.75 逆向(或向左) abd

【解析】试题分析：本题考查合成NH3适宜条件的选择，盖斯定律的应用，化学平衡图像的分析，化学平衡常数的计算和应用，外界条件对化学平衡的影响。

（1）工业合成氨的反应为N2+3H22NH3；工业上合成NH3使用500℃不使用200℃的原因是：温度太低反应速率太慢，且在500℃时催化剂的催化活性最好。工业上合成NH3使用20~50MPa不使用200MPa的原因是：压强太低反应速率慢且反应物转化率低；虽然增大压强既能加快反应速率也能提高NH3的产率，但压强太大对设备要求较高，在经济上不合算。

（2）①工业上用NH3与CO2反应生成（NH2）2CO和H2O，应用盖斯定律，将A+B得，2NH3（g）+CO2（g）（NH2）2CO（g）+H2O（g）ΔH=（-123kJ/mol）+（+50kJ/mol）=-73kJ/mol，工业上由NH3和CO2合成尿素的热化学方程式为：2NH3（g）+CO2（g）（NH2）2CO（g）+H2O（g）ΔH=-73kJ/mol。

②由图可知当温度一定时，a值越大，CO2转化率越大，其原因是：a值越大，NH3占反应物的比例越大，平衡向正反应方向移动，提高CO2的转化率。当a一定时，升高温度CO2平衡转化率呈现先增大后减小的趋势，其原因是：前半段（最高点之前）B反应为主导因素，温度升高，促进B反应向正向移动，后半段（最高点之后）A反应为主导因素，升高温度，A反应向逆向移动。

（3）用三段式，4NH3（g）+ 5O2（g）4NO（g）+6H2O（g）

c（起始）（mol/L）1 1.375 0 0

c（转化）（mol/L）150%=0.5 0.625 0.5 0.75

c（平衡）（mol/L）0.5 0.75 0.5 0.75

该温度下K===0.75。保持温度不变，反应容器中每种物质各增加0.1mol，瞬时NH3、O2、NO、NH3物质的量浓度依次为0.55mol/L、0.8mol/L、0.55mol/L、0.8mol/L，此时Qc==0.80.75，平衡将逆向移动。a项，其他条件不变时，降低氨气浓度，平衡向逆反应方向移动，O2的转化率减小，NH3的转化率增大；b项，增大容器体积，即减小压强，平衡向正反应方向移动，NH3的转化率增大；c项，由于该反应是放热反应还是吸热反应未知，无法判断降低温度，平衡移动的方向，无法判断NH3的转化率是增大还是减小；d项，移除水蒸气，平衡向正反应方向移动，NH3的转化率增大；e项，使用合适催化剂能加快反应速率，平衡不移动，NH3的转化率不变；一定可以增大氨气转化率的是abd，答案选abd。