Question

【题目】NH3是重要的化工原料，经一系列反应可得到HNO3、CO(NH2)2、HCN等产品。

(1)以氨气为原料合成HNO3工艺如下，写出N2O4转化为HNO3的反应方程式_____。

(2)以NH3和CO2为原料生产尿素的反应如下：

反应Ⅰ：2NH3(l) ＋ CO2(g) NH2COONH4(l) Δ H1 ＝ a kJ·mol-1

反应Ⅱ：NH2COONH4(l) NH2CONH2(l) ＋ H2O(l) Δ H2 ＝ b kJ·mol-1

① 已知NH3(l) NH3(g) Δ H3 ＝ c kJ·mol-1 反应2NH3(g) ＋ CO2(g) NH2CONH2(l) ＋ H2O(l) Δ H4＝_____kJ·mol-1(用含a、b、c的式子表示)，该反应能自发进行的主要原因是_____。

② 一定条件下，往恒容密闭容器中投入4 mol NH3和 1 mol CO2，测得各组分物质的量随时间变化如图1。下列说法正确的是_____。

A．选择合适的碳氮比有利于提高产率

B．反应Ⅰ的活化能比反应Ⅱ小

C．过量氨气可以与反应生成的水结合，有利于尿素合成

D．气体物质的量不再变化时，反应达到平衡状态

(3)工业上利用氨气生产氢氰酸的反应为CH4(g) + NH3(g) HCN(g) + 3H2(g) Δ H>0

① 其他条件一定，达到平衡时NH3转化率随外界条件X变化的关系如图所示。X代表的是_____(填“温度”或“压强”)。

② 其它条件一定时，向2 L密闭容器中加入n mol CH4和2 mol NH3，平衡时NH3体积分数随n变化的关系如图所示。平衡常数K=_____（请写出计算过程）

Answer 1

【答案】2N2O4＋2H2O＋O2＝4HNO3 a+b-2c 反应为放热反应 ABC 压强 0.1875

【解析】

(1)由图可知，N2O4与O2、H2O反应生成HNO3，反应为2N2O4+O2+2H2O＝4HNO3；

(2)①由Ⅰ：2NH3(l)+CO2(g)NH2COONH4(l) △H1＝akJmol﹣l

Ⅱ：NH2COONH4(l)NH2CONH2(l)+H2O △H2＝bkJmol﹣l

Ⅲ：NH3(l)NH3(g) △H3＝ckJmol﹣1

结合盖斯定律可知，Ⅰ+Ⅱ﹣Ⅲ×2得到反应2NH3(g)+CO2(g)NH2CONH2(l)+H2O(l)，则△H4＝△H1+△H2-△H3×2=(a+b﹣2c)kJmol﹣l；该反应能自发进行，则△G=△H－T△S<0；该反应的熵减小，△S<0，为了满足△G<0，则△H<0，为放热反应；

②A．选择合适的碳氮比，增大平衡正向移动程度，有利于提高产率，A正确；

B．根据图像，反应开始时，快速生成氨基甲酸铵，而尿素的量较少，说明反应Ⅰ能够快速进行，而反应Ⅱ较慢；一般情况下，活化能大，反应速率慢，则Ⅰ的活化能比Ⅱ的活化能小，B正确；

C．过量氨气可以与反应生成的水结合，有利于反应Ⅱ的平衡正向移动，有利于尿素合成，C正确；

D．根据图像，可知当CO2的量不变的时候，反应Ⅱ还在进行，反应并没有达到平衡，D错误；

答案为ABC；

(3)①根据图像可知，随着X的增大，NH3的转化率降低。若增大压强，平衡逆向移动，NH3的转化率降低；若升高温度，平衡正向移动，NH3的转化率增大；X增大时，NH3转化率减小，可知X表示压强；

②由图可知，向2L密闭容器中加入2molCH4和2molNH3，根据三等式，设转化的CH4的浓度为xmol/L，有：

平衡时NH3体积分数为30%，则＝30%，解得x＝mol/L，平衡常数K＝。