Question

【題目】含氮類化合物在人類的日常生活中有著重要的作用。

（1）研究表明，在200℃，壓強(qiáng)超過200MPa時(shí)，不使用催化劑，氨便可以順利合成。但工業(yè)上合成NH3往往在溫度500℃壓強(qiáng)20~50MPa的條件下進(jìn)行，已知合成氨為放熱反應(yīng)，試分析原因________________________________。

（2）已知：A.2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(l) ΔH=-123kJ/mol

B. NH2COONH4(l)(NH2)2CO(g)+H2O(g) ΔH= +50kJ/mol

①在工業(yè)生產(chǎn)中，尿素是由以上A、B兩步合成的，則工業(yè)上由氨氣與二氧化碳合成尿素的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：__________________________________。

②尿素合成過程中通過控制溫度、NH3和CO2的物質(zhì)的量比(氨碳比a)等因素來提高CO2的轉(zhuǎn)化率。如圖是在其他因素一定，不同氨碳比條件下CO2平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系圖。由圖可知當(dāng)溫度一定時(shí)，a值越大，CO2轉(zhuǎn)化率越大其原因是_____________________；當(dāng)a一定時(shí)，CO2平衡轉(zhuǎn)化率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，其原因?yàn)?/span>_______________________________。

（3）工業(yè)上常利用4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)生產(chǎn)硝酸。在同溫條件下，向2L的反應(yīng)容器中充入2mol NH3與2.75molO2，平衡時(shí)NH3轉(zhuǎn)化率為50%，則該溫度下K=________________；保持溫度不變，反應(yīng)容器中每種物質(zhì)各增加0.1mol，則平衡將___________移動(dòng)；其他條件不變，下列措施一定可以增大氨氣轉(zhuǎn)化率的是_________________。

a.降低氨氣濃度 b.增大容器體積 c.降低溫度 d.移除水蒸氣 e.選擇合適的催化劑

Answer 1

【答案】 溫度太低反應(yīng)太慢，壓強(qiáng)太大對(duì)設(shè)備要求較高，壓強(qiáng)太低轉(zhuǎn)化率下降 2NH3(g)+CO2(g) (NH2)2CO(g) +H2O(g) ΔH=-73kJ/mol a值越大，NH3占反應(yīng)物比例高，平衡向正向移動(dòng)提高了CO2轉(zhuǎn)化率 前半段B反應(yīng)為主導(dǎo)因素，溫度升高，促進(jìn)B反應(yīng)向正向移動(dòng)，后半段A反應(yīng)為主導(dǎo)因素，A反應(yīng)向逆向移動(dòng) 0.75 逆向(或向左) abd

【解析】試題分析：本題考查合成NH3適宜條件的選擇，蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡圖像的分析，化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算和應(yīng)用，外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響。

（1）工業(yè)合成氨的反應(yīng)為N2+3H22NH3；工業(yè)上合成NH3使用500℃不使用200℃的原因是：溫度太低反應(yīng)速率太慢，且在500℃時(shí)催化劑的催化活性最好。工業(yè)上合成NH3使用20~50MPa不使用200MPa的原因是：壓強(qiáng)太低反應(yīng)速率慢且反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率低；雖然增大壓強(qiáng)既能加快反應(yīng)速率也能提高NH3的產(chǎn)率，但壓強(qiáng)太大對(duì)設(shè)備要求較高，在經(jīng)濟(jì)上不合算。

（2）①工業(yè)上用NH3與CO2反應(yīng)生成（NH2）2CO和H2O，應(yīng)用蓋斯定律，將A+B得，2NH3（g）+CO2（g）（NH2）2CO（g）+H2O（g）ΔH=（-123kJ/mol）+（+50kJ/mol）=-73kJ/mol，工業(yè)上由NH3和CO2合成尿素的熱化學(xué)方程式為：2NH3（g）+CO2（g）（NH2）2CO（g）+H2O（g）ΔH=-73kJ/mol。

②由圖可知當(dāng)溫度一定時(shí)，a值越大，CO2轉(zhuǎn)化率越大，其原因是：a值越大，NH3占反應(yīng)物的比例越大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，提高CO2的轉(zhuǎn)化率。當(dāng)a一定時(shí)，升高溫度CO2平衡轉(zhuǎn)化率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，其原因是：前半段（最高點(diǎn)之前）B反應(yīng)為主導(dǎo)因素，溫度升高，促進(jìn)B反應(yīng)向正向移動(dòng)，后半段（最高點(diǎn)之后）A反應(yīng)為主導(dǎo)因素，升高溫度，A反應(yīng)向逆向移動(dòng)。

（3）用三段式，4NH3（g）+ 5O2（g）4NO（g）+6H2O（g）

c（起始）（mol/L）1 1.375 0 0

c（轉(zhuǎn)化）（mol/L）150%=0.5 0.625 0.5 0.75

c（平衡）（mol/L）0.5 0.75 0.5 0.75

該溫度下K===0.75。保持溫度不變，反應(yīng)容器中每種物質(zhì)各增加0.1mol，瞬時(shí)NH3、O2、NO、NH3物質(zhì)的量濃度依次為0.55mol/L、0.8mol/L、0.55mol/L、0.8mol/L，此時(shí)Qc==0.80.75，平衡將逆向移動(dòng)。a項(xiàng)，其他條件不變時(shí)，降低氨氣濃度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，O2的轉(zhuǎn)化率減小，NH3的轉(zhuǎn)化率增大；b項(xiàng)，增大容器體積，即減小壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，NH3的轉(zhuǎn)化率增大；c項(xiàng)，由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)未知，無法判斷降低溫度，平衡移動(dòng)的方向，無法判斷NH3的轉(zhuǎn)化率是增大還是減小；d項(xiàng)，移除水蒸氣，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，NH3的轉(zhuǎn)化率增大；e項(xiàng)，使用合適催化劑能加快反應(yīng)速率，平衡不移動(dòng)，NH3的轉(zhuǎn)化率不變；一定可以增大氨氣轉(zhuǎn)化率的是abd，答案選abd。