Question

尿素（H₂NCONH₂）是一种非常重要的高氮化肥，工业上合成尿素的反应分为如下两步：
第一步：2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂NCOONH₄（氨基甲酸铵） （l）△H₁=-330.0kJ?mol^-1
第二步：H₂NCOONH₄（l）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（尿素）（l）△H₂=+226.3kJ?mol^-1
（1）写出工业合成尿素的热化学方程式：

 

（2）某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0.5L密闭容器中投入4mol氨和1mol二氧化碳，实验测得反应中各组分随时间的变化如图所示：

①已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第

 

步反应决定．
②反应进行到10min时测得CO₂的物质的量为0.26mol，则用CO₂表示的第一步反应的速率v（CO₂）=

 

．
（3）有一工业投产前的小实验：在一定条件下，向某恒容密闭容器中加入一定量N₂和H₂的混合气体，达到平衡后，测得混合物中NH₃的体积分数为10%，则反应起始时的压强与平衡时的压强之比为

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡的计算

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）根据盖斯定律及已知热化学方程式写出目标热化学方程式；
（2）①已知总反应的快慢由慢的一步决定，结合图象变化趋势，图象表达反应的判断，反应快慢可以依据第一步和第二步反应的曲线斜率比较大小；
②根据图象中二氧化碳在10 min时测得CO₂的物质的量计算出用CO₂表示的第一步反应的速率v（CO₂）
（3）设反应前加入amol N₂，bmolH₂，达平衡时消耗氮气的物质的量为xmol，根据三段式和氨气的体积分数计算．

解答： 解：（1）已知①2NH₃（l）+CO₂（g）═H₂NCOONH₄（氨基甲酸铵）（l）△H₁=-330.0kJ?mol^-1
②H₂NCOONH₄（l）═H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H₂=+226.3kJ?mol^-1，
根据盖斯定律，①+②可得：2NH₃（l）+CO₂（g）═H₂O（l）+H₂NCONH₂ （l），△H=-330.0kJ?mol^-1+226.3kJ?mol^-1=-103.7kJ?mol^-1，
故答案为：2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂O（l）+H₂NCONH₂ （l）△H=-103.7 kJ?mol^-1；
（2）①由图象可知在15分钟左右，氨气和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵后不再变化发生的是第一步反应，氨基甲酸铵先增大再减小最后达到平衡，发生的是第二部反应，从曲线斜率不难看出第二部反应速率慢，所以已知总反应的快慢由慢的一步决定，
故答案为：二；
②反应进行到10 min时测得CO₂的物质的量为0.26mol，二氧化碳的浓度变化为：c（CO₂）=

1mol-0.26mol

0.5L

=1.48mol/L，
则用CO₂表示的第一步反应的速率v（CO₂）=

0.148mol/L

10min

=0.148 mol/（L?min），
故答案为：0.148 mol/（L?min）；
（3）设反应前加入a mol N₂，b mol H₂，达到平衡时消耗氮气的物质的量为xmol，
           N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始（mol）  a      b         0  
转化（mol）  x      3x        2x
平衡（mol）  a-x    b-3x      2x
则反应后气体总的物质的量为：（a-x）mol+（b-3x）mol+2xmol=（a+b-2x）mol，
达到平衡时氨气的体积分数为10%，则

2x

a+b-2x

×100%=10%，
解得：a+b=22x，
容器容积固定，则压强与物质的量成正比，
故起始时压强与平衡时压强之比为：

a+b

a+b-2x

=

22x

22x-2x

=11：10，
故答案为：11：10．

点评：本题考查了热化学方程式的书写、化学平衡的计算，题目难度中等，注意掌握盖斯定律的内容及应用方法，能够利用三段式进行化学平衡的计算，明确反应速率的概念及计算方法，试题培养了学生的分析、理解能力及化学计算能力．