Question

氨是最重要的化工產品之一。

（1）合成氨用的氫氣可以甲烷為原料制得。有關化學反應的能量變化如下圖所示。

反應①②③為_________反應（填“吸熱”或“放熱”）。CH₄(g)與H₂O(g)反應生成CO(g)和H₂(g)的熱化學方程式為__________________。

①                            ②                          ③

（2）用氨氣制取尿素[CO(NH₂)₂]的反應為：2NH₃(g)+CO₂(g)CO(NH₂)₂(l)+H₂O(g)。

①某溫度下，向容積為10L的密閉容器中通入2mol NH₃和1molCO₂，反應達到平衡時CO₂的轉化率為50%。該反應的化學平衡常數表達式為K=___________。該溫度下平衡常數K的計算結果為____________。

②為進一步提高CO₂的平衡轉化率，下列措施中能達到目的的是_____________

A．提高NH₃的濃度                    B．增大壓強

C．及時轉移生成的尿素               D．使用更高效的催化劑

 

Answer 1

【答案】

（16分）（1）放熱（2分）   CH₄(g)+H₂O(g)=CO(g)+3H₂ (g)    ΔH=+161.1kJ•mol^－1（4分）  

（化學方程式書寫占2分，未配平不給分，未標注狀態得1分；反應熱計算占2分，漏“+”且數值正確，得1分）

（2）①K=c(H₂O)/[c(CO₂) • c²(NH₃)]（3分） 100 L²•mol^－2（3分，未寫單位不扣分）

 ②AB（4分。漏選得2分；多選一個扣2分，扣完4分為止）

【解析】

試題分析：（1）讀圖可知，①②③的反應物能量都高于生成物能量，所以三個反應都是放熱反應；已知：①CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g)   △H₁=－282kJ•mol^－1，②1/2O₂(g)+ H₂(g)=H₂O(g)   △H₂=－241.8kJ•mol^－1，③CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)   △H₃=－846.3kJ•mol^－1，觀察可知，③—②×3—①能夠約去2O₂(g)、CO₂(g)，根據蓋斯定律可以得到的熱化學方程式為CH₄(g)+H₂O(g)=CO(g)+3H₂ (g)  ΔH=+161.1kJ•mol^－1；（2）①已知可逆反應中氨氣、二氧化碳、水都是氣體，而尿素是純液體，純液體或固體物質不寫入化學平衡常數表達式，由平衡常數定義式可得：K=c(H₂O)/[ c²(NH₃) •c(CO₂)]；根據三行濃度法，則：

                             2NH₃(g)+CO₂(g)CO(NH₂)₂(l)+H₂O(g)

起始濃度/ mol•L^－1              0.2     0.1                    0

變化濃度/ mol•L^－1              0.1     0.05                  0.05

平衡濃度/ mol•L^－1              0.1     0.05                  0.05

K=c(H₂O)/[ c²(NH₃) •c(CO₂)]=0.05mol•L^－1÷(0.1mol•L^－1)²÷(0.05mol•L^－1)=100L²•mol^－2

②提高氨氣的濃度，增大一種反應物濃度，平衡右移，則另一種反應物的轉化率增大，所以二氧化碳的平衡轉化率增大，故A正確；制取尿素是氣態物質體積減小的反應，增大壓強平衡右移，則反應物的轉化率均增大，故B正確；尿素是純液體，及時轉移生成的尿素，不能減小尿素的濃度，則平衡不移動，所以二氧化碳的平衡轉化率不變，故C錯誤；催化劑只能改變反應速率，不能使平衡移動，則反應物的轉化率不變，故D錯誤。

考點：考查反應熱、熱化學方程式、蓋斯定律、化學平衡常數及其計算、外界條件對化學平衡的影響。