Question

【题目】在一定温度下，工业上合成尿素（H2NCONH2）的反应如下：2NH3（I）+CO2（g）H2O（I）+H2NCONH2（I）△H=﹣103.7kJmol﹣1试回答下列问题：
（1）写出一种有利于提高尿素的产率的措施是 ．
（2）合成尿素的反应在进行时分为如下两步： 第一步：2NH3（I）+CO2（g）H2NCOONH4（I）（氨基甲酸铵）△H1
第二步：H2NCOONH4（I）H2O（I）+H2NCONH2（I）△H2
某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0.2L的密闭容器中投入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甲所示：

①●●代表的物质为（填化学式）
②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，反应进行到10min时到达平衡．反应进行到10min时测得●●所代表的物质的量如图所示，则该物质表示的表示化学反应的速率为molL﹣1min．L﹣1
③第二步反应的平衡常数K2随温度的变化如乙图所示，则△H1 0 （填“＞”“＜”或“=”）．
④第一步反应在（填“较高”或“较低”）温度下有利该反应自发进行．
（3）已知： N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H=+180.6kJmol﹣1
N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）△H=﹣92.4kJmol﹣1
2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H=﹣483.6kJmol﹣1
则4NO（g）+4NH3（g）+O2（g）═4N2（g）+6H2O（g）△H= ．

Answer 1

【答案】
（1）加压或降温
（2）CO2；2；0.41；＜；较低
（3）﹣1627.2 kJ?mol﹣1
【解析】解：（1）2NH3（l）+CO2（g）H2O（l）+H2NCONH2（l）△H=﹣103.7kJmol﹣1 ， 反应有气体参加，反应前后气体体积减小，采用增大压强，反应正向进行，尿素的产率增大，反应是放热反应，降温反应正向进行，尿素的产率增大， 所以答案是：加压或降温；（2）①合成尿素的反应，第一步：2NH3（I）+CO2（g）H2NCOONH4 ，
第二步：H2NCOONH4（I）H2O（I）+H2NCONH2 ， 投入4mol氨，且氨气在反应中始终减少，为 ，H2NCOONH4先增加，后减少，为 ，物质的量始终在增加， 为尿素，
所以答案是：CO2；②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，发生的是第二步反应，从曲线斜率不难看出第二步反应速率慢，所以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二步决定，投入1mol二氧化碳，减少趋势不大的●●代表的为二氧化碳，依据图象分析，二氧化碳再进行到10min时物质的量为0.18mol，所以此时的反应速率为V（CO2）= = =0.41mol/（Lmin），
所以答案是：2； 0.41；③由图Ⅱ可知，随着温度的升高，平衡常数增大，平衡向正反应方向移动，则正反应为吸热反应，△H2＞0，2NH3（I）+CO2（g）H2O（I）+H2NCONH2（I）△H=﹣103.7kJmol﹣1 ， 则△H1 ， ＜0，
所以答案是：＜；④根据第一步的方程式可知，反应物中有气体，生成物中没气体，所以△S＜0，△H1 ， ＜0，根据△G=△H﹣T△S可知，温度较低时，△G可能小于0，即反应可以自发，
所以答案是：较低；（3）已知：①N2（g）+O2（g）=2NO（g）△H=+180.6kJmol﹣1②N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）△H=﹣92.4kJmol﹣1③2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H=﹣483.6kJmol﹣1
则（③×3﹣①×2﹣②×2）得：4NO（g）+4NH3（g）+O2（g）═4N2（g）+6H2O（g）根据盖斯定律，反应热的大小与反应的途径无关，只与反应的始态和终态有关，则△H=（﹣483.6kJmol﹣1）×3﹣（+180.6kJmol﹣1）×2﹣（﹣92.4kJmol﹣1）×2=﹣1627.2 kJmol﹣1 ，
所以答案是：﹣1627.2 kJmol﹣1 ．
【考点精析】根据题目的已知条件，利用化学平衡状态本质及特征的相关知识可以得到问题的答案，需要掌握化学平衡状态的特征：“等”即 V正=V逆>0；“动”即是动态平衡，平衡时反应仍在进行；“定”即反应混合物中各组分百分含量不变；“变”即条件改变，平衡被打破，并在新的条件下建立新的化学平衡；与途径无关，外界条件不变，可逆反应无论是从正反应开始，还是从逆反应开始，都可建立同一平衡状态（等效）．