Question

14．碳的氧化物在工业上有着广泛的应用，如CO和H2可以合成甲醇，CO₂和NH₃可以合成尿素．
Ⅰ．若在20L的密闭容器中按物质的量之比1：2充入CO和H₂，发生反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．测得平衡时CO的转化率随温度及压强的变化如图1所示．p2、195℃时，n（H₂）随时间的变化如表所示．

t/min	0	1	3	5
n（H2）/mol	8	5	4	4

（1）p2、195℃时，0～1min内，v（H₂）=0.15mol•L^-1•min^-1．
（2）你认为p₁＜p₂；p₂、195℃时，B点，v（正）＜v（逆）（填“＜”“＞”或“=”）．
（3）p₂、195℃时，该反应的化学平衡常数为25．
Ⅱ．NH₃（g）与CO₂（g）经过两步反应生成尿素，两步反应的能量变化示意图如图2：

（1）NH₃（g）与CO₂（g）反应生成尿素的热化学方程式为2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134kJ•mol^-1．
（2）工业上合成尿素时，既能加快反应速率，又能提高原料利用率的措施有D（填序号）．
A．升高温度    B．加入催化剂
C．将尿素及时分离出去    D．增大反应体系的压强．

Answer 1

分析 I．（1）结合v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$计算；
（2）根据图象可知相同温度下，p₁时的CO转化率小于p₂时的CO的转化率，根据化学方程式，压强增大，平衡向右移动；B点在平衡曲线之上，反应向左进行；
（3）3 min时，反应达到平衡，氢气的物质的量减少4mol，浓度变化量为$\frac{4mol}{20L}$=0.2mol/L，则
                  CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始浓度        0.2      0.4                    0  
变化浓度       0.1       0.2                   0.1
平衡浓度       0.1      0.2                     0.1
结合平衡浓度计算K；
Ⅱ．（1）根据示意图可知第一步反应的热化学方程式为2NH₃（g）+CO₂（g）=H₂NCOONH₄（s）△H=-272 kJ•mol^-1，第二步反应的热化学方程式为H₂NCOONH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=+138 kJ•mol^-1，根据盖斯定律，则2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）为两步反应的和；
（2）A．该反应为放热反应，升高温度平衡向左移动；
B．加入催化剂，平衡不移动；
C．将尿素及时分离出去，生成物浓度减小；
D．增大反应体系的压强，反应速率加快，平衡向右移动．

解答 解：Ⅰ．（1）v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{8mol-5mol}{20L}}{1min}$=0.15 mol•L^-1•min^-1，故答案为：0.15；
（2）根据图象可知相同温度下，p₁时的CO转化率小于p₂时的CO的转化率，根据化学方程式，压强增大，平衡向右移动，CO的转化率增大，所以p₁＜p₂；B点在平衡曲线之上，反应向左进行，所以v（正）＜v（逆），
故答案为：＜；＜；
（3）3 min时，反应达到平衡，氢气的物质的量减少4mol，浓度变化量为$\frac{4mol}{20L}$=0.2mol/L，则
                  CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始浓度        0.2      0.4                    0  
变化浓度       0.1       0.2                   0.1
平衡浓度       0.1      0.2                     0.1
则反应的化学平衡常数K=$\frac{0.1}{0.1×0．{2}^{2}}$=25，
故答案为：25；
Ⅱ．（1）根据示意图可知第一步反应的热化学方程式为2NH₃（g）+CO₂（g）=H₂NCOONH₄（s）△H=-272 kJ•mol^-1，第二步反应的热化学方程式为H₂NCOONH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=+138 kJ•mol^-1，根据盖斯定律，则2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）为两步反应的和，△H=-272 kJ•mol^-1+138 kJ•mol^-1=-134 kJ•mol^-1，即热化学方程式为2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ•mol^-1，
故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ•mol^-1；
（2）A．该反应为放热反应，升高温度平衡向左移动，原料利用率降低，故A错误；
B．加入催化剂，平衡不移动，原料利用率不变，故B错误；
C．将尿素及时分离出去，反应速率减小，故C错误；
D．增大反应体系的压强，反应速率加快，平衡向右移动，原料利用率增大，故D正确；
故答案为：D．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握化学平衡三段法、速率及K的计算、平衡移动、盖斯定律应用等为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，注意利用平衡浓度计算K，综合性较强，题目难度中等．