Question

二氧化碳是一種寶貴的碳氧資源。以CO₂和NH₃為原料合成尿素是固定和利用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)NH₂CO₂NH₄(s)   △H₁="a" kJ·mol^－1
反應Ⅱ：NH₂CO₂NH₄(s)CO(NH₂)₂(s)＋H₂O(g)   △H₂=＋72.49kJ·mol^－1
總反應Ⅲ：2NH₃(g)＋CO₂(g)CO(NH₂)₂(s)＋H₂O(g)   △H₃=－86.98kJ·mol^－1
請回答下列問題：
（1）反應Ⅰ的△H₁=__________kJ·mol^－1(用具體數據表示)。
（2）反應Ⅱ的△S______(填＞或＜)0，一般在__________情況下有利于該反應的進行。
（3）反應Ⅲ中影響CO₂平衡轉化率的因素很多，下圖1為某特定條件下，不同水碳比n(H₂O)/n(CO₂)和溫度影響CO₂平衡轉化率變化的趨勢曲線。
①其他條件相同時，為提高CO₂的平衡轉化率，生產中可以采取的措施是________(填提高或降低)水碳比。
②當溫度高于190℃后，CO₂平衡轉化率出現如圖1所示的變化趨勢，其原因是__________。

（4）反應Ⅰ的平衡常數表達式K₁=____________________；如果起始溫度相同，反應Ⅰ由在恒溫容器進行改為在絕熱(與外界沒有熱量交換)容器中進行，平衡常數K₁將__________(填增大、減少、不變)。
（5）某研究小組為探究反應Ⅰ中影響c(CO₂)的因素，在恒溫下將0.4molNH₃和0.2molCO₂放入容積為2L的密閉容器中，t₁時達到平衡過程中c(CO₂)隨時間t變化趨勢曲線如上圖2所示。若其他條件不變，t₁時將容器體積壓縮到1L，請畫出t₁后c(CO₂)隨時間t變化趨勢曲線(t₂達到新的平衡)。
（6）尿素在土壤中會發生反應CO(NH₂)₂＋2H₂O(NH₄)₂CO₃。下列物質中與尿素有類似性質的是______。

A．NH2COONH4	B．H2NOCCH2CH2CONH2
C．HOCH2CH2OH	D．HOCH2CH2NH2

Answer 1

(14分)（1）-159.47（2分） （2）>（1分） 高溫（1分）
（3）①降低（1分）②溫度高于190℃時，因為反應Ⅲ是放熱反應，溫度升高平衡向逆方向進行，CO₂的平衡轉化率降低，（2分，給出合理解釋即可給分）。
（4）K­₁=1/[c²(NH₃)·c(CO₂)] （2分），減少（1分）
（5）
（注意：曲線的起點、平衡點和變化趨勢共2分）
（6）A、B（2分）

試題分析：解：（1）反應Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）NH₂CO₂NH₄（s）△H₁="a" kJ·mol^－1
反應Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）CO(NH₂)₂（s）+H₂O（g）△H₂=+72.49kJ·mol^－1
總反應Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）CO(NH₂)₂（s）+H₂O（g）△H₃=-86.98kJ·mol^－1
由蓋斯定律總反應Ⅲ-反應Ⅱ，得到2NH₃（g）+CO₂（g）NH₂CO₂NH₄（s）△H₁=a=-159.47kJ·mol^－1，
故答案為：-159.47；
（2）反應Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）CO(NH₂)₂（s）+H₂O（g）△H₂=+72.49kJ?mol^－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；
（3）①反應Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）CO(NH₂)₂（s）+H₂O（g）△H₃=-86.98kJ·mol^－1，其他條件相同時，為提高CO₂的平衡轉化率，平衡正向進行，依據圖象中的水碳比數據分析判斷，生產中可以采取的措施是降低水碳比，二氧化碳轉化率增大，故答案為：降低；
②反應Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）CO(NH₂)₂（s）+H₂O（g）△H₃=-86.98kJ?mol^－1，是放熱反應，升溫高于190℃，依據圖象分析可知，二氧化碳轉化率減小，因為溫度升高，平衡逆向進行，
故答案為：溫度高于190℃時，因為反應Ⅲ是放熱反應，溫度升高平衡向逆方向進行，CO₂的平衡轉化率降低；
（4）反應Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）NH₂CO₂NH₄（s）△H₁=-159.47kJ?mol^－1，平衡常數K= ；
起始溫度相同，反應Ⅰ由在恒溫容器進行改為在絕熱（與外界沒有熱量交換）容器中進行，反應是放熱反應，隨反應進行溫度升高平衡逆向進行，平衡常數減小；
（5）在恒溫下將0.4mol NH₃和0.2mol CO₂放入容積為2L的密閉容器中，達到平衡時，
2NH₃（g）+CO₂（g）NH₂CO₂NH₄（s）
起始量（mol·L^－1）  0.2       0.1           0
變化量（mol·L^－1） 0.15       0.075
平衡量（mol·L^－1） 0.05        0.025
t₁時達到平衡過程中c（CO₂）隨時間t變化趨勢曲線如圖2所示．若其他條件不變，t₁時將容器體積壓縮到1L，二氧化碳濃度應增大到0.05mol·L^－1，壓強增大，平衡正向進行，由于生成物是固體，所以達到平衡狀態，二氧化碳濃度保持不變，據此畫出變化曲線為：
；
（6）尿素在土壤中會發生反應CO(NH₂)₂+2H₂O（NH₄）₂CO₃．分析結構特征可知，物質性質取決于官能團，尿素中氨基和羰基相連和水反應生成銨根離子，所以選項中符合此結果特征的有類似性質：
A．NH₂COONH₄，結構中含有與羰基連接的氨基，故A符合；
B．H₂NOCCH₂CH₂CONH₂結構中含有與羰基連接的氨基，故B符合；
C．HOCH₂CH₂OH，結構中不含有氨基，故C不符合；        
D．HOCH₂CH₂NH₂，分子中的氨基不是和羰基連接，不具備次性質，故D不符合；
故答案為：A、B。