Question

【題目】CO2和CH4是兩種溫室氣體，研究它們具有重要的意義。

(1)已知CH4、H2和CO的燃燒熱(△H)分別為-890.3 kJ· mol-1、-285.8 kJ· mol-1和-283.0 kJ·mol-1。則 △H=_________kJ·mol-1

(2)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(yīng)可表示為： △H=-86.98 kJ·mol-1

反應(yīng)中影響CO2平衡轉(zhuǎn)化率的因素很多，右圖為某特定條件下，不同水碳比[n(H2O/n(CO2)]和溫度對CO2平衡轉(zhuǎn)化率的影響曲線。

①為提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率，生產(chǎn)中除控制溫度外還可以采取的措施有___________________、____________________。

②當(dāng)溫度高于190℃后，CO2平衡轉(zhuǎn)化率出現(xiàn)如圖所示的變化趨勢，其原因是_______________。

(3)向1.0 L密閉容器中通入0.2 mol NH3(g)和0.1 mol CO2(g)，在一定溫度下發(fā)生反應(yīng)則 ，反應(yīng)時間與氣體總壓強(qiáng)(p)的數(shù)據(jù)如下表：

用起始壓強(qiáng)和總壓強(qiáng)計算平衡時NH3的轉(zhuǎn)化率為_________，0～80 min內(nèi)CO2的平均反應(yīng)速率是__________。

(4)氨基甲酸銨(NH2COONH4)極易水解成碳酸銨，在酸性條件水解更徹底。將氨基甲酸銨粉末逐漸加入到1 L 0.1 mol·L-1的鹽酸中直到pH=7(室溫下，忽略溶液體積變化)，共用去0.052 mol氨基甲酸銨，溶液中幾乎不含碳元素。此時溶液中c(NH4+)=__________，NH4+水解平衡常數(shù)為__________。

Answer 1

【答案】 247.3kJ·mol－1 增大壓強(qiáng) 降低碳水比（或增大氨氣濃度） 正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度高于190℃，升溫平衡向逆方向進(jìn)行，二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率降低。 80% 0.001 mol·L－1·min－1 0.1 mol·L－1 4×10－9 mol·L－1

【解析】（1）已知CH4、H2和CO的燃燒熱(△H)分別為-890.3 kJ· mol-1、-285.8 kJ· mol-1和-283.0 kJ·mol-1，則①CH4(g)+2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(l) △H=-890.3 kJ· mol-1，②H2(g)+1/2O2(g)＝H2O(l) △H＝-285.8kJ· mol-1，③CO(g)+1/2O2(g)＝CO2(g) △H＝-283.0 kJ· mol-1，根據(jù)蓋斯定律①－(②＋③)×2即可得到 △H＝＋247.3kJ·mol-1；（2）①正反應(yīng)是體積減小的放熱反應(yīng)，所以為提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率，生產(chǎn)中除控制溫度外還可以采取的措施有增大壓強(qiáng)、降低碳水比（或增大氨氣濃度）。②由于正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度高于190℃，升溫平衡向逆方向進(jìn)行，因此二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率降低。（3）氣體壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比，設(shè)氨氣消耗物質(zhì)的量xmol，則

2NH3（g）+CO2（g）CO（NH2）2（s）+H2O（g）

起始量在（mol） 0.2 0.1 0 0

變化量（mol） x 0.5x 0.5x 0.5x

平衡量（mol） 0.2-x 0.1-0.5x 0.5x 0.5x

氣體壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比，圖表中可知80min反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，(0.2+0.1)/(0.2x+0.10.5x+0.5x)＝9.53/4.45，解得x＝0.16mol，平衡時NH3 的轉(zhuǎn)化率＝0.16mol/0.2mol×100%＝80%。0～80min內(nèi)CO2的反應(yīng)速率v＝△c/△t＝0.5×0.16mol/(1L×80min)＝0.001mol/（Lmin）；（4）因為氨基甲酸銨極易水解成碳酸銨，即反應(yīng)式為NH2COONH4（s）+H2O（NH4）2CO3，加入1L0.1mol/L的鹽酸溶液中直到溶液pH=7并且溶液中幾乎不含碳元素，所以溶液中只有H+、NH4+、OH-、Cl-，根據(jù)電荷守恒c（NH4+）=c（Cl-）=0.1mol/L，又用去0.052mol氨基甲酸銨，所以開始溶液中的銨根離子濃度為0.052mol/L×2=0.104mol/L，則

NH4++H2ONH3H2O+H+

開始 0.104mol/L 0

轉(zhuǎn)化 0.004mol/L 0.004mol/L

平衡 0.1mol/L 0.004mol/L

又溶液為pH＝7，所以氫離子濃度為10-7mol/L，則NH4+水解平衡常數(shù)K＝c(NH3H2O)c(H+)/c(NH4+)＝0.004×107/0.1=4×10-9。