Question

18．尿素[CO（NH₂）₂]是首个由无机物人工合成的有机物．

（1）工业上，尿素可以由CO₂和NH₃在一定条件下合成，其反应方程式为2NH₃+CO₂$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$CO（NH₂）₂+H₂O．
（2）图1所示是N₂（g）和H₂（g）反应生成2molNH₃（g）过程中能量变化示意图，请写出工业合成氨的热化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ•mol^-1．

（3）在一定条件下，在体积为10 L的固定容器中发生反应：N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g），反应过程如图2所示：
①在0～8min，H₂的平均反应速率v（H₂）=$\frac{9}{800}$mol/（L．min）．
②在该条件下，合成氨的化学平衡常数K=1.33×10⁴．
③在10～12min，通过降低温度使合成氨的化学平衡向正反应（填“正反应”、“逆反应”、“不移动”）方向移动．
（4）当氨碳比$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$=4，CO₂的转化率随时间的变化关系如图3所示：A点的逆反应速率v逆（CO₂）小于B点的正反应速率v正（CO₂）（填“大于”、“小于”或“等于”）．此时NH₃的平衡转化率为30%．

Answer 1

分析 （1）CO₂和NH₃合成CO（NH₂）₂，根据元素守恒可知，同时还有H₂O生成，配平书写方程式；
（2）由图可知，生成2molNH₃（g）放出热量为（427.2-335）kJ=92.2kJ，注明物质的聚集状态与焓变书写热化学方程式；
（3）8min到达平衡，X、Y、Z的浓度变化量之比为0.6：0.9：0.3=2：3：1，故X为氨气、Y为氢气、Z为氮气．
①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂）；
②平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
③在10min改变条件瞬间各组分物质的量不变，而氮气、氢气物质的量减小，氨气物质的量增大，平衡向正反应进行，2min到达新平衡又生成0.1mol氨气，小于原平衡中8min内生成的0.6mol氨气，改变条件后反应速率减慢，正反应为气体体积减小放热反应，应该是降低温度；
（4）由CO₂的转化率随时间变化图，可知在A点时反应还未达到平衡状态，反应仍将继续正向进行，而B点处于平衡状态；
设CO₂的初始物质的量为a，则NH₃的初始物质的量为4a，由图可知，CO₂的转化率为60%，故转化的二氧化碳为0.6a，根据方程式计算转化的NH₃的物质的量，再根据转化率定义计算．

解答 解：（1）CO₂和NH₃合成CO（NH₂）₂，根据元素守恒可知，同时还有H₂O生成，化学方程式为：2NH₃+CO₂$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$CO（NH₂）₂+H₂O，
故答案为：2NH₃+CO₂$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$CO（NH₂）₂+H₂O；
（2）由图可知，生成2molNH₃（g）放出热量为（427.2-335）kJ=92.2kJ，反应热化学方程式为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ•mol^-1，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ•mol^-1；
（3）8min到达平衡，X、Y、Z的浓度变化量之比为0.6：0.9：0.3=2：3：1，故X为氨气、Y为氢气、Z为氮气．
①在0～8min内，v（H₂）=$\frac{\frac{1.2mol-0.3mol}{10L}}{8min}$=$\frac{9}{800}$mol/（L．min），故答案为：$\frac{9}{800}$mol/（L．min）；
②平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{（\frac{0.6}{10}）^{2}}{\frac{0.1}{10}×（\frac{0.3}{10}）^{3}}$=1.33×10⁴，故答案为：1.33×10⁴；
③在10min改变条件瞬间各组分物质的量不变，而氮气、氢气物质的量减小，氨气物质的量增大，平衡向正反应进行，2min到达新平衡又生成0.1mol氨气，小于原平衡中8min内生成的0.6mol氨气，改变条件后反应速率减慢，正反应为气体体积减小放热反应，应该是降低温度，故答案为：降低温度；正反应；
（4）由CO₂的转化率随时间变化图可知在A点时反应还未达到平衡状态，反应仍将继续正向进行，而B点处于平衡状态，故A点v_逆（CO₂）小于B点v_正（CO₂），
设CO₂的初始物质的量为a，则NH₃的初始物质的量为4a，由图可知，CO₂的转化率为60%，故转化的二氧化碳为a×60%=0.6a，根据方程式可知，转化的NH₃的物质的量为0.6a×2=1.2a，故平衡时氨气的转化率定为$\frac{1.2a}{4a}$×100%=30%，
故答案为：小于；30%．

点评 本题考查化学平衡的计算与影响因素、热化学方程式书写，难度中等，较好的考查学生分析解决问题能力．