题目内容
【题目】“一碳化学”是指以含一个碳原子的化合物(如:CO2、CO、CH4、CH3OH等)为初始反应物,合成一系列重要的化工原料和燃料的化学。以CO2和NH3为原料合成尿素是利用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)NH2COONH4(s) △H1=-159.47kJ/mol K1
反应II:NH2COONH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H2=+72.49kJ/mol K2
总反应:2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H3 K3
请回答下列问题:
(1)①总反应的△H3=_______kJ/mol。该热化学方程式的平衡常数K3=____________(用K1、K2表示)。
②反应I一般在_________(填“高温”或“低温”)情况下有利于该反应的进行。
③一定温度下,在体积为固定的密闭容器中按计量比进行反应I,下列不能说明反应达到了平衡状态的是__________(填序号)。
A.混合气体的平均相对分子质量不再变化
B.容器内气体总压强不再变化
C.2V正(NH3)=V逆(CO2)
D.容器内混合气体的密度不再变化
④环境为真空时,在一敞开容器(非密闭容器)中加入NH2COONH4固体,足够长时间后,反应是否建立平衡状态? ___________(填“是”或“否”)。
(2)在体积可变的恒压(p总)密闭容器中充入1 mol CO2 与足量的碳,让其发生反应:C(s)+ CO2(g)2CO(g) △H>0。平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示。
①T℃时,在容器中若充入稀有气体,v(正)___v(逆)(填“>”“<”或“=”);若充入等体积的CO2 和CO,平衡________移动(填“正向”“逆向”或“不”)。
②650℃,CO2 的转化率为_____________。
③已知:气体分压(P分)=气体总压×体积分数。用平衡分压代替平衡浓度表示平衡常数,925℃时,Kp=_____________ (用含P总的代数式表示)。
【答案】 -86.98 K1·K2 低温 AC 否 > 不 25% 23.04P总
【解析】(1)①反应Ⅰ:2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s)△H1=-159.47kJ/mol,反应Ⅱ:NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H2=+72.49 kJ/mol,总反应:2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H3,由盖斯定律总反应=反应I+反应Ⅱ,得到2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H3 =-86.98 kJ/mol,该热化学方程式的平衡常数K3= K1·K2,故答案为:-86.98;K1·K2;
②根据△G=△H-T△S<0时反应自发进行,反应I的△H<0,△S<0,则在低温下有利于该反应的进行,故答案为:低温;
③一定温度下,在体积为固定的密闭容器中按计量比进行反应I:2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)。A.只有反应物中含有气体,氨气和二氧化碳的物质的量不变,混合气体的平均相对分子质量始终变化,不能说明达到了平衡状态,错误;B.容器内气体总压强不再变化,说明容器中气体的物质的量不变,说明达到了平衡状态,正确;C.根据方程式,V正(NH3)=2V逆(CO2)表示正逆反应速率相等,因此2V正(NH3)=V逆(CO2),表示的正逆反应速率不等,不能说明达到了平衡状态,错误;D.容器内混合气体的密度不再变化,说明混合气体的质量不变,说明达到了平衡状态,正确;故选AC;
④环境为真空时,在一敞开容器(非密闭容器)中加入NH2COONH4固体,足够长时间后,反应不能建立平衡状态,氨气和二氧化碳的浓度始终为0,分解反应会一直进行下去,直至反应完全,故答案为:否;
(2)①T℃时,在容器中若充入稀有气体,容器的体积增大,相当于减小压强,平衡正向移动,则v(正)>v(逆);由图可知,T℃时,反应达平衡后CO和CO2的体积分数都为50%即为平衡状态,T℃时,若充入等体积的CO2和CO平衡不移动,故答案为:>;不;
②由图可知,650℃时,反应达平衡后CO的体积分数为40%,设开始加入的二氧化碳为1mol,转化了xmol,
则有 C(s)+CO2(g)2CO(g)
开始(mol) 1 0
转化(mol) x 2x
平衡(mol) 1-x 2x
所以×100%=40%,解得x=0.25mol,则CO2的转化率为
×100%=25%,故答案为:25%;
③925℃时,CO的体积分数为96%,则CO2的体积分数都为4%,所以用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp==
=23.04P总,故答案为:23.04P总。
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