Question

12．二氧化碳的過度排放會引發(fā)氣候問題，而進(jìn)行有效利用則會造福人類，如以CO₂和NH₃為原料合成尿素．經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)過程為：

①C0₂（g）+2NH₃（g）?NH₂COONH₄（s）△H₁
②NH₂COONH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂0（g）△H₂＞0 請回答下列問題：
（1）研究反應(yīng)①的平衡常數(shù)（K）與溫度（T）的關(guān)系，如圖1所示，則△H₁＜． （選填“＞”、“＜”或）．
（2）有體積可變（活塞與容器之間的摩擦力忽略不計(jì)）的密閉容器如圖2所示，現(xiàn)將3molNH₃和2molC0₂放人 容器中，移動活塞至體積V為3L，用鉚釘固定在A、B點(diǎn)，發(fā)生合成尿素的總反應(yīng)如下：
C0₂（g）+2NH₃（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂0（g）測定不同條件、不同時間段內(nèi)的C0₂的轉(zhuǎn)化率，得到如下數(shù)據(jù)：

CO2轉(zhuǎn)化率 T（℃）	10min	20min	30min	40min
T1	30%	65%	75%	75%
T	45%	50%	a1	a2

①T₁℃下，lOmin內(nèi)NH₃的平均反應(yīng)速率為0.04mol•L^-1•min^-1．
②根據(jù)上表數(shù)據(jù)，請比較T₁＜T₂（選填“＞”、“＜”或）；T₂℃下，第30min時，a₁50%，該溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)為9．
③T₂℃下，第40min時，拔去鉚釘（容器密封性良好）后，活塞沒有發(fā)生移動．再向容器中通入3molC0₂，此時v（正）= v（逆）（選填“＞”、“＜”或），判斷的理由是T₂℃下，通入3molC0₂，則容器體積變?yōu)樵瓉淼?倍，Qc=9=K，平衡不移動．
（3）請?jiān)趫D中2補(bǔ)畫出合成氨總反應(yīng)2NH₃（g）+C0₂（g）?C0（NH₂）₂（s）+H₂O（g）過程中能量變化圖，并標(biāo)明中間產(chǎn)物〔NH₂COONH₄（s）〕、生成物〔CO（NH₂）₂（s）+H₂0（g）〕．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)溫度對平衡移動的影響判斷反應(yīng)熱的符號；
（2）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$進(jìn)行計(jì)算；
②升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率加快，依此根據(jù)10min內(nèi)，T₂時CO₂轉(zhuǎn)化率大于T₁時判斷溫度的高低；
T₂℃下，10min時CO₂轉(zhuǎn)化率為45%，20min時CO₂轉(zhuǎn)化率為50%，10-20min只轉(zhuǎn)化5%，說明20min時已達(dá)平衡狀態(tài)，依此判斷第30min時CO₂轉(zhuǎn)化率；
根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積進(jìn)行計(jì)算；
③根據(jù)濃度商和平衡常數(shù)的大小關(guān)系，判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（3）當(dāng)反應(yīng)物的能量高于生成物的能量時，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)物的能量低于生成物的能量時，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；根據(jù)反應(yīng)①②的能力變化情況作圖．

解答 解：（1）根據(jù)圖象可知達(dá)到平衡后，溫度越高，平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應(yīng)方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，則△H＜0，
故答案為：＜；
（2）①C0₂（g）+2NH₃（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂0（g），
T₁℃下，lOmin內(nèi)CO₂轉(zhuǎn)化率為30%，故參加反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量為：2mol×30%=0.6mol，則參加反應(yīng)的氨氣的物質(zhì)的量為：0.6mol×2=1.2mol，
故lOmin內(nèi)NH₃的平均反應(yīng)速率為$\frac{\frac{1.2mol}{3L}}{10min}$=0.04mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.04mol•L^-1•min^-1；
②升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率加快，10min內(nèi)，T₂時CO₂轉(zhuǎn)化率大于T₁時，故T₂＞T₁；
T₂℃下，10min時CO₂轉(zhuǎn)化率為45%，20min時CO₂轉(zhuǎn)化率為50%，10-20min只轉(zhuǎn)化5%，說明20min時已達(dá)平衡狀態(tài)，故第30min時，CO₂轉(zhuǎn)化率為50%；
平衡時，CO₂轉(zhuǎn)化率為50%，故參加反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量為：2mol×50%=1mol，則參加反應(yīng)的氨氣的物質(zhì)的量為：1mol×2=2mol，生成水蒸氣的物質(zhì)的量為1mol，則平衡時，二氧化碳的物質(zhì)的量為2-1=1mol，氨氣的物質(zhì)的量為3-2=1mol，水蒸氣的物質(zhì)的量為1mol，故平衡常數(shù)K=$\frac{c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=$\frac{\frac{1}{3}}{\frac{1}{3}×\frac{1}{3}×\frac{1}{3}}$=9，
故答案為：＜，50%，9；
③T₂℃下，原反應(yīng)達(dá)平衡時，二氧化碳的物質(zhì)的量為1mol，氨氣的物質(zhì)的量為1mol，水蒸氣的物質(zhì)的量為1mol，則氣體總的物質(zhì)的量為3mol，T₂℃下，第40min時，拔去鉚釘（容器密封性良好）后，活塞沒有發(fā)生移動．再向容器中通入3molC0₂，則容器體積變?yōu)樵瓉淼?倍，即3L×2=6L，Qc=$\frac{\frac{1}{6}}{\frac{4}{6}×\frac{1}{6}×\frac{1}{6}}$=9=K，故平衡不移動，v（正）=v（逆），
故答案為：=，T₂℃下，通入3molC0₂，則容器體積變?yōu)樵瓉淼?倍，Qc=9=K，平衡不移動；
（3）當(dāng)反應(yīng)物的能量高于生成物的能量時，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)物的能量低于生成物的能量時，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，據(jù)反應(yīng)①C0₂（g）+2NH₃（g）?NH₂COONH₄（s）△H₁＜0，反應(yīng)②NH₂COONH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂0（g）△H₂＞0可以知道2NH₃（g）和CO₂（g）的能量和高于NH₂COONH₄（s）的能量，NH₂COONH₄（s）的能量低于CO（NH₂）₂（I）+H₂O（I）的能量，故合成氨總反應(yīng)2NH₃（g）+C0₂（g）?C0（NH₂）₂（s）+H₂O（g）過程中能量變化圖為：，
故答案為：．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)反應(yīng)速率影響因素及相關(guān)計(jì)算、化學(xué)平衡的移動原理、平衡常數(shù)的相關(guān)計(jì)算等知識，難度較大．