Question

【題目】工業上常利用CO2為初始反應物，合成一系列重要的化工原料。

（1）以CO2和NH3為原料合成尿素是利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反應可表示如下：

反應Ⅰ：2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s) △H1

反應Ⅱ：NH2COONH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H2=+72.49kJ/mol

總反應：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H3=-86.98kJ/mol 請回答下列問題：

①根據8電子穩定構型，寫出 CO(NH2)2的結構式_________________。

②反應Ⅰ的△H1=______________。

③在____（填“高溫”或“低溫”）情況下有利于反應Ⅱ的自發進行。

④一定溫度下，在體積固定的密閉容器中按 n(NH3):n(CO2)=2:1 進行反應Ⅰ，下列能說明反應Ⅰ達到了平衡狀態的是_______（填序號）。

A．混合氣體的平均相對分子質量不再變化

B．容器內氣體總壓強不再變化

C．NH3與CO2的轉化率相等

D．容器內混合氣體的密度不再變化

（2）將CO2和H2按質量比25：3充入一定體積的密閉容器中，在不同溫度下發生反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。測得CH3OH的物質的量隨時間的變化如下圖。

①曲線Ⅰ、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為K(Ⅰ)_____K(Ⅱ)（填“ >”“<”或“=”）。

②欲提高CH3OH的平衡產率，可采取的措施除改變溫度外，還有__________________（任寫兩種）。

③一定溫度下，在容積均為2L的兩個恒容密閉容器中，按如下方式加入反應物，一段時間后達到平衡。

容器	甲	乙
反應物起始投入量	1molCO2、3molH2	a molCO2、bmolH2、cmolCH3OH(g)
		c mol H2O(g) (a、b、c 均不為零)

若甲容器平衡后氣體的壓強為開始的 5/6，則該溫度下，反應的平衡常數為__________，要使平衡后乙容器與甲容器中相同組分的體積分數相等，且起始時維持化學反應向逆反應方向進行，乙容器中 c 的取值范圍為_______。

Answer 1

【答案】 -159.47 kJ/mol 高溫 BD > 增大壓強或增加CO2用量或及時分離出產物 1/12 1/3<c<1

【解析】

(1)①根據8電子穩定構型， CO(NH2)2的結構式為；

②反應Ⅰ：2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s)△H1=a kJmol-1，反應Ⅱ：NH2CO2NH4(s) =CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H2=+72.49kJmol-1，總反應Ⅲ：2NH3(g)+CO2(g) =CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H3=-86.98kJmol-1，由蓋斯定律總反應Ⅲ-反應Ⅱ，得到2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s)△H1=a=-159.47kJmol-1；

③反應Ⅱ：NH2CO2NH4(s) =CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H2=+72.49kJmol-1，反應前后氣體體積增大，△S＞0，焓變分析可知是吸熱反應，△H＞0，所以依據反應自發進行的判斷依據△H-T△S＜0，需要在高溫下反應自發進行，故答案為：高溫；

④A．反應I中反應物為氣體，生成物全部為固體，所以在反應前后，混合氣體的平均相對分子質量保持不變，所以不能作為平衡狀態的判斷標志，選項A錯誤；

B．反應I中，氣體的物質的量減小，所以反應的壓強減小，所以容器內氣體總壓強不再變化時，說明反應處于平衡狀態，選項B正確；

C．NH3與CO2的轉化率相等時，不能達到v正( NH3)=2v逆(CO2)，反應沒有達到平衡狀態，選項C錯誤；

D．反應I中，容器體積不變，氣體質量減小，所以當容器內混合氣體的密度不再變化時，說明反應處于平衡狀態，選項D正確；

答案選BD；

(2)①II平衡時間小于I，說明II反應速率大于I，且平衡時II中CH3OH的物質的量小于I，說明平衡向逆反應方向移動，則只能是升高溫度，即II的溫度大于I，溫度越高，平衡向逆反應方向移動，導致化學平衡常數越小，所以KⅠ＞KⅡ，故答案為：＞；

②欲提高CH3OH的平衡產率，則使平衡正向移動，可采取的措施除改變溫度外，還有增大壓強或增加CO2用量或及時分離出產物；

③設二氧化碳反應量為x

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

初始量(mol)： 1 3 0 0

轉化量(mol)： x 3x x x

平衡量(mol)：1-x 3-3x x x

甲中平衡后氣體的壓強為開始時的倍，即=，解得x=mol，

反應的平衡常數為；依題意：甲、乙為等同平衡，且起始時維持反應逆向進行，所以全部由生成物投料，c的物質的量為1mol，c 的物質的量不能低于平衡時的物質的量mol，所以c的物質的量為：mol＜c＜1mol。