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1步：2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂NCOONH₄（氨基甲酸铵） （l）△H₁=-330.0kJ?mol^-1
第2步：H₂NCOONH₄（l）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H₂=+226.3kJ?mol^-1
（1）写出工业合成尿素的热化学方程式：

 

（2）下列措施中有利于提高尿素的产率的是

 

．
A．采用高温B．采用高压 C．添加高效催化剂D．定时分离尿素
（3）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的物质的量如上图所示，则用CO₂表示的第一步反应的速率v（CO₂）=

 

．
（4）工业上合成氨常与尿素生产联合进行以提高经济效益，合成氨的热化学方程式如下：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
请在坐标图中，画出反应过程中体系的能量变化图（进行必要的标注）．
（5）有一工业投产前小实验：在一定温度和压强下，将6molH₂和2molN₂在2L密闭容器中混合，当该反应达到平衡时，测得平衡混合气中NH₃的体积分数约为11.1%（即1/9），此时H₂的转化率是多少？（写出计算过程，计算结果保留3位有效数字．）

Answer 1

考点：化学平衡的计算,化学平衡的影响因素

专题：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）依据化学反应的反应特征，影响化学反应速率的因素分析判断；
（3）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）
（4）反应是放热反应，反应物能量生成物，反应焓变和起始物质和终了物质有关，反应需要克服一定活化能才能发生反应，据此画出；
（5）设平衡时N₂转化了的浓度为x
                  N₂ +3H₂?2NH₃
C（开始） mol/L  1        3           0
C（转化） mol/L  x        3x          2x
C（平衡） mol/L  1-x      3-3x         2x
平衡混合气中NH₃的体积分数约为11.1%计算得到x，转化率=

消耗量

起始量

×100%；

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）2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H=-103.7kJ?mol^-1 ，反应是放热反应，反应前后气体体积减小；有利于提高尿素的生成速率需要依据影响化学反应速率的因素进行分析，
A．采用高温，反应是放热反应，平衡逆向进行，但反应速率增大，尿素的产率减小，故A不符合；
B．反应由气体参加，反应前后气体体积减小，采用高压，增大压强，反应正向进行，反应速率增大，尿素的产率增大，故B符合；
C．寻找更高效的催化剂，催化剂可以加快反应速率，但不改变平衡，故C不符合；
D．定时分离尿素，减小体系内尿素浓度平衡正向进行，尿素的产率增大，故D符合；
故答案为：BD；
（3）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：2；
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）；
（4）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
反应是放热反应，反应物能量生成物，反应焓变和起始物质和终了物质有关，反应需要克服一定活化能才能发生反应，所以反应过程中体系的能量变化图为：
故答案为：；
（5）设平衡时N₂转化了的浓度为x
                  N₂ +3H₂?2NH₃
C（开始） mol/L  1        3           0
C（转化） mol/L  x        3x          2x
C（平衡） mol/L  1-x      3-3x         2x

2x

4-2x

×100%=11.1% 
x=0.200mol/L；
H₂的转化率=

3×0.20mol/L

3mol/L

×100%=20.0%，
答：H₂的转化率是20.0%．

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．