Question

【题目】工业上用CO2和NH3合成尿素 [CO(NH2)2]。某研发小组为合成尿素进行如下实验：向5L恒容密闭容器中通入0.2molNH3和0.1molCO2，分别进行Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三组实验。在不同条件下发生反应：，反应体系总压强随时间的变化曲线如图所示。

(1)已知：

①

②

用CO2和NH3合成尿素的热化学方程式为________。

(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三组实验中，反应温度最高的是________。(填“Ⅰ”、“Ⅱ”或“Ⅲ”)

(3)Ⅰ、Ⅲ两组实验中，NH3转化率较高的是________。(填“Ⅰ”或“Ⅲ”)

(4)若要增加实验Ⅱ的反应速率并提高NH3转化率，改变下列条件可以实现的是________(填标号)

A．增加CO2的物质的量 B．加入惰性气体使压强增大

C．升高反应的温度 D．改用2L的容器进行实验

(5)Ⅰ、Ⅱ两组实验中，反应达到平衡的时间不同，可能的原因是________。

(6)第Ⅱ组实验开始6min内NH3的平均反应速率为________，平衡常数________。

Answer 1

【答案】 Ⅲ Ⅰ AD 使用了不同的催化剂 0.0025 960

【解析】

(1)根据盖斯定律进行计算；

(2)在相同的容器的反应器中，投入相同物质的量的反应物，但是反应开始的时候，Ⅲ中的压强最高，而Ⅰ和Ⅱ的压强相同，在物质的量、体积相同的情况下，压强和温度成正比；可知Ⅰ和Ⅱ的反应温度相同，反应Ⅲ的温度较Ⅰ和Ⅱ高；

(3)该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，NH3的转化率降低，据此规律进行分析；

(4)A．增加CO2的物质的量，速率加快，NH3的转化率增加；

B．加入惰性气体，但是各物质的浓度不变，不影响反应速率和转化率；

C．升高反应的温度，速率加快，平衡逆向移动；

D．改用2L的容器进行实验，相当于压缩气体，各物质的浓度增大，速率加快，平衡正向移动；

(5)反应Ⅰ和Ⅱ中NH3的转化率相同，但是反应Ⅰ的反应速率更快，说明反应Ⅰ和Ⅱ使用了不同的催化剂；

(6)在体积不变的情况下，压强和物质的量成正比。反应开始时，0.2molNH3和0.1molCO2对应的压强为200kPa，达到平衡时，压强为150KPa，可得达到平衡时，气体的总物质的量，假设CO2反应了xmol，根据反应列三等式，计算出x，从而计算出6min内NH3的平均反应速率，反应的平衡常数。

(1)根据盖斯定律，反应①+反应②可得目标反应，CO2(g)＋2NH3(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)，△H=△H1+△H2==(－159.5＋116.5)kJ·mol－1=－43kJ·mol－1；

答案为CO2(g)＋2NH3(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)△H=－43kJ·mol－1；

(2)在相同的容器的反应器中，投入相同物质的量的反应物，但是反应开始的时候，Ⅲ中的压强最高，而Ⅰ和Ⅱ的压强相同，在物质的量、体积相同的情况下，压强和温度成正比；可知Ⅰ和Ⅱ的反应温度相同，反应Ⅲ的温度较Ⅰ和Ⅱ高；所以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三组实验中，温度最高的是Ⅲ；

(3)该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，NH3的转化率降低；实验Ⅰ的温度低，可知实验Ⅰ中NH3的转化率较高；

(4)A．增加CO2的物质的量，生成物浓度增加，化学反应速率增加，NH3的转化率也增加，A符合题意；

B．加入惰性气体，但是各物质的浓度不变，反应速率和NH3的转化率均不变，B不符合题意；

C．升高反应的温度，化学反应速率增加，但是平衡逆向移动，NH3的转化率降低，C不符合题意；

D．改用2L的容器进行实验，相当于压缩气体，各物质的浓度增大，反应速率增加；压缩体积，平衡正向移动，NH3的转化率增加，D符合题意；

答案选AD；

(5)反应Ⅰ和Ⅱ中NH3的转化率相同，但是反应Ⅰ的反应速率更快，说明反应Ⅰ和Ⅱ使用了不同的催化剂；

(6)在体积不变的情况下，压强和物质的量成正比。反应开始时，0.2molNH3和0.1molCO2对应的压强为200kPa，达到平衡时，压强为150KPa，可得达到平衡时，气体的总物质的量，假设CO2反应了xmol，根据三等式，有；

则有0.2－2x＋0.1－x＋x=，得x=，6min内NH3的平均反应速率；平衡常数。