Question

【題目】“一碳化學”是指以含一個碳原子的化合物（如：CO2、CO、CH4、CH3OH等）為初始反應物，合成一系列重要的化工原料和燃料的化學。以CO2和NH3為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應可表示如下：

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

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

總反應：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H3 K3

請回答：

（1）①總反應的△H3=_______kJ/mol。該熱化學方程式的平衡常數K3=______(用K1、K2表示)。

②一定溫度下，在體積固定的密閉容器中按計量比進行反應I，下列不能說明反應達平衡狀態的是_____________。

A．混合氣體的平均相對分子質量不再變化

B．容器內氣體總壓強不再變化

C．2V正(NH3)=V逆(CO2)

D．容器內混合氣體的密度不再變化

③環境為真空時，在一敞開容器（非密閉容器）中加入NH2COONH4固體，足夠長時間后，反應是否建立平衡狀態? ___________（填“是”或“否”）。

（2）在體積可變的恒壓 (P總) 密閉容器中充入1 mol CO2 與足量的碳，讓其發生反應：C(s)+ CO2(g)2CO(g) △H>0。平衡時，體系中氣體體積分數與溫度的關系如下圖所示。

①T℃時，達平衡后向容器中若充入稀有氣體，v(正)___v(逆) (填“>”“<”或“=”)；若充入等體積的CO2 和CO，平衡________移動(填“正向”“逆向”或“不”)。

②650℃，CO2 的轉化率為_____________。

③已知：氣體分壓(P分)=氣體總壓×體積分數。用平衡分壓代替平衡濃度表示平衡常數，925℃時，Kp=_____________ (用含P總的代數式表示)。

Answer 1

【答案】-86.98K1·K2AC否 ＞不25%23.04P總

【解析】

(1)反應Ⅰ：2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s)△H1=-159.47kJmol-1 K1，反應Ⅱ：NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H2=+72.49kJmol-1 K2，蓋斯定律計算Ⅰ+Ⅱ得到總反應Ⅲ：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H3=-159.47kJmol-1+(+72.49kJmol-1)=-86.98kJ/mol，K3= K1·K2，故答案為：-86.98kJ/mol；K1·K2；

②A．反應I中反應物為氣體，生成全部為固體，所以在反應前后，混合氣體的平均相對分子質量保持不變，所以不能作為平衡狀態的判斷標志，故A錯誤；B．反應I中，氣體的物質的量減小，所以反應的壓強減小，所以容器內氣體總壓強不再變化時，說明反應處于平衡狀態，故B正確；C．反應處于平衡狀態時v正( NH3)=2v逆(CO2)，故C錯誤；D．反應I中，容器體積不變，氣體質量減小，所以當容器內混合氣體的密度不再變化時，說明反應處于平衡狀態，故D正確；故答案為：AC；

③環境為真空時，在一敞開容器(非密閉容器)中加入NH2COONH4固體，足夠長時間后，反應不能建立平衡狀態，故答案為：否；

(2)①T℃時，在容器中若充入稀有氣體，容器的體積增大，相當于減小壓強，平衡正向移動，v(正)＞v(逆)；T℃時，平衡是二氧化碳的體積分數為50%，此時若充入等體積的CO2和CO，二氧化碳的體積分數為50%，處于平衡狀態，平衡不移動，故答案為：＞；不；

②650℃，平衡時CO的體積分數為40%，設二氧化碳轉化率為x，則參加反應的n(CO2)=1mol×x=xmol，

可逆反應C(s)+CO2(g) 2CO(g)

開始(mol) 1 0

反應(mol) x 2x

某點(mol) 1-x 2x

相同條件下氣體的體積分數等于其物質的量分數，CO體積分數40%=，解得x=25%，故答案為：25%；

③用平衡濃度表示該反應化學平衡常數表達式為K=，所以若用平衡分壓代替平衡濃度表示平衡常數的表達式為Kp=；由圖可得，925℃時CO體積分數為96%，分壓為96%×P總，CO2體積分數為4%，分壓為4%×P總==23.04 P總，故答案為：23.04 P總。