Question

【题目】“一碳化学”是指以含一个碳原子的化合物（如：CO2、CO、CH4、CH3OH等）为初始反应物，合成一系列重要的化工原料和燃料的化学。以CO2和NH3为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应可表示如下：

反应I：2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s) △H1=-159.47kJ/mol K1

反应II：NH2COONH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H2=+72.49kJ/mol K2

总反应：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H3 K3

请回答：

（1）①总反应的△H3=_______kJ/mol。该热化学方程式的平衡常数K3=______(用K1、K2表示)。

②一定温度下，在体积固定的密闭容器中按计量比进行反应I，下列不能说明反应达平衡状态的是_____________。

A．混合气体的平均相对分子质量不再变化

B．容器内气体总压强不再变化

C．2V正(NH3)=V逆(CO2)

D．容器内混合气体的密度不再变化

③环境为真空时，在一敞开容器（非密闭容器）中加入NH2COONH4固体，足够长时间后，反应是否建立平衡状态? ___________（填“是”或“否”）。

（2）在体积可变的恒压 (P总) 密闭容器中充入1 mol CO2 与足量的碳，让其发生反应：C(s)+ CO2(g)2CO(g) △H>0。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示。

①T℃时，达平衡后向容器中若充入稀有气体，v(正)___v(逆) (填“>”“<”或“=”)；若充入等体积的CO2 和CO，平衡________移动(填“正向”“逆向”或“不”)。

②650℃，CO2 的转化率为_____________。

③已知：气体分压(P分)=气体总压×体积分数。用平衡分压代替平衡浓度表示平衡常数，925℃时，Kp=_____________ (用含P总的代数式表示)。

Answer 1

【答案】-86.98K1·K2AC否 ＞不25%23.04P总

【解析】

(1)反应Ⅰ：2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s)△H1=-159.47kJmol-1 K1，反应Ⅱ：NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H2=+72.49kJmol-1 K2，盖斯定律计算Ⅰ+Ⅱ得到总反应Ⅲ：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H3=-159.47kJmol-1+(+72.49kJmol-1)=-86.98kJ/mol，K3= K1·K2，故答案为：-86.98kJ/mol；K1·K2；

②A．反应I中反应物为气体，生成全部为固体，所以在反应前后，混合气体的平均相对分子质量保持不变，所以不能作为平衡状态的判断标志，故A错误；B．反应I中，气体的物质的量减小，所以反应的压强减小，所以容器内气体总压强不再变化时，说明反应处于平衡状态，故B正确；C．反应处于平衡状态时v正( NH3)=2v逆(CO2)，故C错误；D．反应I中，容器体积不变，气体质量减小，所以当容器内混合气体的密度不再变化时，说明反应处于平衡状态，故D正确；故答案为：AC；

③环境为真空时，在一敞开容器(非密闭容器)中加入NH2COONH4固体，足够长时间后，反应不能建立平衡状态，故答案为：否；

(2)①T℃时，在容器中若充入稀有气体，容器的体积增大，相当于减小压强，平衡正向移动，v(正)＞v(逆)；T℃时，平衡是二氧化碳的体积分数为50%，此时若充入等体积的CO2和CO，二氧化碳的体积分数为50%，处于平衡状态，平衡不移动，故答案为：＞；不；

②650℃，平衡时CO的体积分数为40%，设二氧化碳转化率为x，则参加反应的n(CO2)=1mol×x=xmol，

可逆反应C(s)+CO2(g) 2CO(g)

开始(mol) 1 0

反应(mol) x 2x

某点(mol) 1-x 2x

相同条件下气体的体积分数等于其物质的量分数，CO体积分数40%=，解得x=25%，故答案为：25%；

③用平衡浓度表示该反应化学平衡常数表达式为K=，所以若用平衡分压代替平衡浓度表示平衡常数的表达式为Kp=；由图可得，925℃时CO体积分数为96%，分压为96%×P总，CO2体积分数为4%，分压为4%×P总==23.04 P总，故答案为：23.04 P总。