Question

7．在一定溫度下，工業(yè)上合成尿素（H₂NCONH₂）的反應(yīng)如下：2NH₃（I）+CO₂（g）?H₂O（I）+H₂NCONH₂（I）△H=-103.7kJ•mol^-1
試回答下列問題：
（1）寫出一種有利于提高尿素的產(chǎn)率的措施是加壓或降溫．
（2）合成尿素的反應(yīng)在進(jìn)行時分為如下兩步：
第一步：2NH₃（I）+CO₂（g）?H₂NCOONH₄（I）（氨基甲酸銨）△H₁
第二步：H₂NCOONH₄（I）?H₂O（I）+H₂NCONH₂（I）△H₂
某實驗小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件，在一體積為0.2L的密閉容器中投入4mol氨和1mol二氧化碳，實驗測得反應(yīng)中各組分隨時間的變化如圖甲所示：

①●●代表的物質(zhì)為CO₂（填化學(xué)式）
②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2步反應(yīng)決定，反應(yīng)進(jìn)行到10min時到達(dá)平衡．反應(yīng)進(jìn)行到10min時測得●●所代表的物質(zhì)的量如圖所示，則該物質(zhì)表示的表示化學(xué)反應(yīng)的速率為0.41mol•L^-1•min．L^-1
③第二步反應(yīng)的平衡常數(shù)K2隨溫度的變化如乙圖所示，則△H₁ ＜0 （填“＞”“＜”或“=”）．
④第一步反應(yīng)在較低  （填“較高”或“較低”）溫度下有利該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行．
（3）已知：
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.6kJ•mol^-1
N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1
則4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）═4N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1627.2 kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H=-103.7kJ•mol^-1 ，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體體積減�。挥欣�于提高尿素的生成速率需要依據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素進(jìn)行分析；
（2）①根據(jù)反應(yīng)方程式，各反應(yīng)物、生成物的特點可知●●代表的物質(zhì)為二氧化碳；
②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，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��；在一體積為0.2L的密閉容器中投入4mol氨和1mol二氧化碳，分析圖象計算10分鐘時二氧化碳的消耗物質(zhì)的量，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)速率概念進(jìn)行計算；
③由圖Ⅱ可知，隨著溫度的升高，平衡常數(shù)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動；
④根據(jù)第一步的方程式可知，反應(yīng)物中有氣體，生成物中沒氣體，所以△S＜0，根據(jù)△G=△H-T△S判斷；
（3）根據(jù)已知方程式構(gòu)建目標(biāo)方程式，根據(jù)蓋斯定律計算△H．

解答 解：（1）2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H=-103.7kJ•mol^-1 ，反應(yīng)有氣體參加，反應(yīng)前后氣體體積減小，采用增大壓強，反應(yīng)正向進(jìn)行，尿素的產(chǎn)率增大，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降溫反應(yīng)正向進(jìn)行，尿素的產(chǎn)率增大，
故答案為：加壓或降溫；
（2）①合成尿素的反應(yīng)，第一步：2NH₃（I）+CO₂（g）?H₂NCOONH₄，
第二步：H₂NCOONH₄（I）?H₂O（I）+H₂NCONH₂，
投入4mol氨，且氨氣在反應(yīng)中始終減少，為，H₂NCOONH₄先增加，后減少，為，物質(zhì)的量始終在增加，為尿素，
故答案為：CO₂；
②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)生的是第二步反應(yīng)，從曲線斜率不難看出第二步反應(yīng)速率慢，所以已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，則合成尿素總反應(yīng)的快慢由第二步?jīng)Q定，投入1mol二氧化碳，減少趨勢不大的●●代表的為二氧化碳，依據(jù)圖象分析，二氧化碳再進(jìn)行到10min時物質(zhì)的量為0.18mol，所以此時的反應(yīng)速率為V（CO₂）=$\frac{\frac{n}{v}}{△t}$=$\frac{\frac{1mol-0.18mol}{0.2L}}{10min}$=0.41mol/（L•min），
故答案為：2； 0.41；
③由圖Ⅱ可知，隨著溫度的升高，平衡常數(shù)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，△H₂＞0，2NH₃（I）+CO₂（g）?H₂O（I）+H₂NCONH₂（I）△H=-103.7kJ•mol^-1，則△H₁，＜0，
故答案為：＜；
④根據(jù)第一步的方程式可知，反應(yīng)物中有氣體，生成物中沒氣體，所以△S＜0，△H₁，＜0，根據(jù)△G=△H-T△S可知，溫度較低時，△G可能小于0，即反應(yīng)可以自發(fā)，
故答案為：較低；
（3）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.6kJ•mol^-1
②N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1
則（③×3-①×2-②×2）得：4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）═4N₂（g）+6H₂O（g）根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)熱的大小與反應(yīng)的途徑無關(guān)，只與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，則△H=（-483.6kJ•mol^-1）×3-（+180.6kJ•mol^-1）×2-（-92.4kJ•mol^-1）×2=-1627.2 kJ•mol^-1，
故答案為：-1627.2 kJ•mol^-1．

點評 本題考查了化學(xué)平衡、反應(yīng)熱的相關(guān)計算、化學(xué)平衡的移動原理等知識，側(cè)重于考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力，分析題干、圖象分析反應(yīng)的進(jìn)行程度是解題關(guān)鍵，題目難度中等．