Question

二氧化碳是一种宝贵的碳氧资源。以CO₂和NH₃为原料合成尿素是固定和利用CO₂的成功范例。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)   △H₁="a" kJ·mol^－1
反应Ⅱ：NH₂CO₂NH₄(s)CO(NH₂)₂(s)＋H₂O(g)   △H₂=＋72.49kJ·mol^－1
总反应Ⅲ：2NH₃(g)＋CO₂(g)CO(NH₂)₂(s)＋H₂O(g)   △H₃=－86.98kJ·mol^－1
请回答下列问题：
（1）反应Ⅰ的△H₁=__________kJ·mol^－1(用具体数据表示)。
（2）反应Ⅱ的△S______(填＞或＜)0，一般在__________情况下有利于该反应的进行。
（3）反应Ⅲ中影响CO₂平衡转化率的因素很多，下图1为某特定条件下，不同水碳比n(H₂O)/n(CO₂)和温度影响CO₂平衡转化率变化的趋势曲线。
①其他条件相同时，为提高CO₂的平衡转化率，生产中可以采取的措施是________(填提高或降低)水碳比。
②当温度高于190℃后，CO₂平衡转化率出现如图1所示的变化趋势，其原因是__________。

（4）反应Ⅰ的平衡常数表达式K₁=____________________；如果起始温度相同，反应Ⅰ由在恒温容器进行改为在绝热(与外界没有热量交换)容器中进行，平衡常数K₁将__________(填增大、减少、不变)。
（5）某研究小组为探究反应Ⅰ中影响c(CO₂)的因素，在恒温下将0.4molNH₃和0.2molCO₂放入容积为2L的密闭容器中，t₁时达到平衡过程中c(CO₂)随时间t变化趋势曲线如上图2所示。若其他条件不变，t₁时将容器体积压缩到1L，请画出t₁后c(CO₂)随时间t变化趋势曲线(t₂达到新的平衡)。
（6）尿素在土壤中会发生反应CO(NH₂)₂＋2H₂O(NH₄)₂CO₃。下列物质中与尿素有类似性质的是______。

A．NH2COONH4	B．H2NOCCH2CH2CONH2
C．HOCH2CH2OH	D．HOCH2CH2NH2

Answer 1

(14分)（1）-159.47（2分） （2）>（1分） 高温（1分）
（3）①降低（1分）②温度高于190℃时，因为反应Ⅲ是放热反应，温度升高平衡向逆方向进行，CO₂的平衡转化率降低，（2分，给出合理解释即可给分）。
（4）K­₁=1/[c²(NH₃)·c(CO₂)] （2分），减少（1分）
（5）
（注意：曲线的起点、平衡点和变化趋势共2分）
（6）A、B（2分）

试题分析：解：（1）反应Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）NH₂CO₂NH₄（s）△H₁="a" kJ·mol^－1
反应Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）CO(NH₂)₂（s）+H₂O（g）△H₂=+72.49kJ·mol^－1
总反应Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）CO(NH₂)₂（s）+H₂O（g）△H₃=-86.98kJ·mol^－1
由盖斯定律总反应Ⅲ-反应Ⅱ，得到2NH₃（g）+CO₂（g）NH₂CO₂NH₄（s）△H₁=a=-159.47kJ·mol^－1，
故答案为：-159.47；
（2）反应Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）CO(NH₂)₂（s）+H₂O（g）△H₂=+72.49kJ?mol^－1，反应前后气体体积增大，△S＞0，焓变分析可知是吸热反应，△H＞0，所以依据反应自发进行的判断依据△H-T△S＜0，需要在高温下反应自发进行，故答案为：＞；高温；
（3）①反应Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）CO(NH₂)₂（s）+H₂O（g）△H₃=-86.98kJ·mol^－1，其他条件相同时，为提高CO₂的平衡转化率，平衡正向进行，依据图象中的水碳比数据分析判断，生产中可以采取的措施是降低水碳比，二氧化碳转化率增大，故答案为：降低；
②反应Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）CO(NH₂)₂（s）+H₂O（g）△H₃=-86.98kJ?mol^－1，是放热反应，升温高于190℃，依据图象分析可知，二氧化碳转化率减小，因为温度升高，平衡逆向进行，
故答案为：温度高于190℃时，因为反应Ⅲ是放热反应，温度升高平衡向逆方向进行，CO₂的平衡转化率降低；
（4）反应Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）NH₂CO₂NH₄（s）△H₁=-159.47kJ?mol^－1，平衡常数K= ；
起始温度相同，反应Ⅰ由在恒温容器进行改为在绝热（与外界没有热量交换）容器中进行，反应是放热反应，随反应进行温度升高平衡逆向进行，平衡常数减小；
（5）在恒温下将0.4mol NH₃和0.2mol CO₂放入容积为2L的密闭容器中，达到平衡时，
2NH₃（g）+CO₂（g）NH₂CO₂NH₄（s）
起始量（mol·L^－1）  0.2       0.1           0
变化量（mol·L^－1） 0.15       0.075
平衡量（mol·L^－1） 0.05        0.025
t₁时达到平衡过程中c（CO₂）随时间t变化趋势曲线如图2所示．若其他条件不变，t₁时将容器体积压缩到1L，二氧化碳浓度应增大到0.05mol·L^－1，压强增大，平衡正向进行，由于生成物是固体，所以达到平衡状态，二氧化碳浓度保持不变，据此画出变化曲线为：
；
（6）尿素在土壤中会发生反应CO(NH₂)₂+2H₂O（NH₄）₂CO₃．分析结构特征可知，物质性质取决于官能团，尿素中氨基和羰基相连和水反应生成铵根离子，所以选项中符合此结果特征的有类似性质：
A．NH₂COONH₄，结构中含有与羰基连接的氨基，故A符合；
B．H₂NOCCH₂CH₂CONH₂结构中含有与羰基连接的氨基，故B符合；
C．HOCH₂CH₂OH，结构中不含有氨基，故C不符合；        
D．HOCH₂CH₂NH₂，分子中的氨基不是和羰基连接，不具备次性质，故D不符合；
故答案为：A、B。