Question

尿素（H₂NCONH₂）是一種非常重要的高氮化肥，工業(yè)上合成尿素的反應(yīng)分為如下兩步：
第一步：2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂NCOONH₄（氨基甲酸銨） （l）△H₁=-330.0kJ?mol^-1
第二步：H₂NCOONH₄（l）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（尿素）（l）△H₂=+226.3kJ?mol^-1
（1）寫出工業(yè)合成尿素的熱化學(xué)方程式：

 

（2）某實(shí)驗(yàn)小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件，在一體積為0.5L密閉容器中投入4mol氨和1mol二氧化碳，實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)中各組分隨時(shí)間的變化如圖所示：

①已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，則合成尿素總反應(yīng)的快慢由第

 

步反應(yīng)決定．
②反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)測(cè)得CO₂的物質(zhì)的量為0.26mol，則用CO₂表示的第一步反應(yīng)的速率v（CO₂）=

 

．
（3）有一工業(yè)投產(chǎn)前的小實(shí)驗(yàn)：在一定條件下，向某恒容密閉容器中加入一定量N₂和H₂的混合氣體，達(dá)到平衡后，測(cè)得混合物中NH₃的體積分?jǐn)?shù)為10%，則反應(yīng)起始時(shí)的壓強(qiáng)與平衡時(shí)的壓強(qiáng)之比為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律及已知熱化學(xué)方程式寫出目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
（2）①已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，結(jié)合圖象變化趨勢(shì)，圖象表達(dá)反應(yīng)的判斷，反應(yīng)快慢可以依據(jù)第一步和第二步反應(yīng)的曲線斜率比較大��；
②根據(jù)圖象中二氧化碳在10 min時(shí)測(cè)得CO₂的物質(zhì)的量計(jì)算出用CO₂表示的第一步反應(yīng)的速率v（CO₂）
（3）設(shè)反應(yīng)前加入amol N₂，bmolH₂，達(dá)平衡時(shí)消耗氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為xmol，根據(jù)三段式和氨氣的體積分?jǐn)?shù)計(jì)算．

解答： 解：（1）已知①2NH₃（l）+CO₂（g）═H₂NCOONH₄（氨基甲酸銨）（l）△H₁=-330.0kJ?mol^-1
②H₂NCOONH₄（l）═H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H₂=+226.3kJ?mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，①+②可得：2NH₃（l）+CO₂（g）═H₂O（l）+H₂NCONH₂ （l），△H=-330.0kJ?mol^-1+226.3kJ?mol^-1=-103.7kJ?mol^-1，
故答案為：2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂O（l）+H₂NCONH₂ （l）△H=-103.7 kJ?mol^-1；
（2）①由圖象可知在15分鐘左右，氨氣和二氧化碳反應(yīng)生成氨基甲酸銨后不再變化發(fā)生的是第一步反應(yīng)，氨基甲酸銨先增大再減小最后達(dá)到平衡，發(fā)生的是第二部反應(yīng)，從曲線斜率不難看出第二部反應(yīng)速率慢，所以已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，
故答案為：二；
②反應(yīng)進(jìn)行到10 min時(shí)測(cè)得CO₂的物質(zhì)的量為0.26mol，二氧化碳的濃度變化為：c（CO₂）=

1mol-0.26mol

0.5L

=1.48mol/L，
則用CO₂表示的第一步反應(yīng)的速率v（CO₂）=

0.148mol/L

10min

=0.148 mol/（L?min），
故答案為：0.148 mol/（L?min）；
（3）設(shè)反應(yīng)前加入a mol N₂，b mol H₂，達(dá)到平衡時(shí)消耗氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為xmol，
           N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始（mol）  a      b         0  
轉(zhuǎn)化（mol）  x      3x        2x
平衡（mol）  a-x    b-3x      2x
則反應(yīng)后氣體總的物質(zhì)的量為：（a-x）mol+（b-3x）mol+2xmol=（a+b-2x）mol，
達(dá)到平衡時(shí)氨氣的體積分?jǐn)?shù)為10%，則

2x

a+b-2x

×100%=10%，
解得：a+b=22x，
容器容積固定，則壓強(qiáng)與物質(zhì)的量成正比，
故起始時(shí)壓強(qiáng)與平衡時(shí)壓強(qiáng)之比為：

a+b

a+b-2x

=

22x

22x-2x

=11：10，
故答案為：11：10．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)平衡的計(jì)算，題目難度中等，注意掌握蓋斯定律的內(nèi)容及應(yīng)用方法，能夠利用三段式進(jìn)行化學(xué)平衡的計(jì)算，明確反應(yīng)速率的概念及計(jì)算方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計(jì)算能力．