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

请回答下列问题：

（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反应I一般在_________（填“高温”或“低温”）情况下有利于该反应的进行。

③一定温度下，在体积为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到了平衡状态的是__________（填序号）。

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

④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，在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】 -86.98 K1·K2 低温 AC 否 ＞ 不 25% 23.04P总

【解析】(1)①反应Ⅰ：2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s)△H1=-159.47kJ/mol，反应Ⅱ：NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H2=+72.49 kJ/mol，总反应：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H3，由盖斯定律总反应=反应I+反应Ⅱ，得到2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H3 =-86.98 kJ/mol，该热化学方程式的平衡常数K3= K1·K2，故答案为：-86.98；K1·K2；

②根据△G=△H-T△S＜0时反应自发进行，反应I的△H＜0，△S＜0，则在低温下有利于该反应的进行，故答案为：低温；

③一定温度下，在体积为固定的密闭容器中按计量比进行反应I：2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)。A．只有反应物中含有气体，氨气和二氧化碳的物质的量不变，混合气体的平均相对分子质量始终变化，不能说明达到了平衡状态，错误；B．容器内气体总压强不再变化，说明容器中气体的物质的量不变，说明达到了平衡状态，正确；C．根据方程式，V正(NH3)=2V逆(CO2)表示正逆反应速率相等，因此2V正(NH3)=V逆(CO2)，表示的正逆反应速率不等，不能说明达到了平衡状态，错误；D．容器内混合气体的密度不再变化，说明混合气体的质量不变，说明达到了平衡状态，正确；故选AC；

④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，氨气和二氧化碳的浓度始终为0，分解反应会一直进行下去，直至反应完全，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，则v(正)＞v(逆)；由图可知，T℃时，反应达平衡后CO和CO2的体积分数都为50%即为平衡状态，T℃时，若充入等体积的CO2和CO平衡不移动，故答案为：＞；不；

②由图可知，650℃时，反应达平衡后CO的体积分数为40%，设开始加入的二氧化碳为1mol，转化了xmol，

则有 C(s)+CO2(g)2CO(g)

开始（mol） 1 0

转化（mol） x 2x

平衡（mol） 1-x 2x

所以×100%=40%，解得x=0.25mol，则CO2的转化率为×100%=25%，故答案为：25%；

③925℃时，CO的体积分数为96%，则CO2的体积分数都为4%，所以用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp===23.04P总，故答案为：23.04P总。