Question

【题目】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= (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所示的变化趋势，其原因是 。

（4）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)。

（5）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

【答案】（1）-159.47 kJmol-1（1分）（2）＞（1分） 高温（1分） （3）降低 （1分） 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）

（4）（2分） （5）AB（2分）

【解析】

试题分析：（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

由盖斯定律可知总反应Ⅲ-反应Ⅱ，得到2NH3（g）+CO2（g）NH2CO2NH4（s）△H1＝a＝-159.47kJ·mol－1；

（2）反应Ⅱ：NH2CO2NH4（s）CO(NH2)2（s）+H2O（g）△H2=+72.49kJ/mol，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；

（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；

②反应Ⅲ：2NH3（g）+CO2（g）CO(NH2)2（s）+H2O（g）△H3=-86.98kJ/mol，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；

（4）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 0

平衡量（mol·L－1） 0.05 0.025 0

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：

；

（5）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，A符合；B．H2NOCCH2CH2CONH2 结构中含有与羰基连接的氨基，B符合；C．HOCH2CH2OH结构中不含有氨基，C不符合；D．HOCH2CH2NH2分子中的氨基不是和羰基连接，不具备此性质，D不符合；答案选A、B。