Question

以天然氣為原料合成尿素的主要步驟如圖所示（圖中某些轉(zhuǎn)化步驟及生成物未列出）：

請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br />（1）已知0.5mol甲烷和0.5mol水蒸氣在t℃，p kPa時，完全反應生成一氧化碳和氫氣（合成氣），吸收了a kJ熱量．該反應的熱化學方程式是：

CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+2aKJ/mol

．
（2）在合成氨的實際生產(chǎn)過程中，常采取的措施之一是：將生成的氨從混合氣體中及時分離出來，并將分離出氨后的氮氣和氫氣循環(huán)利用，同時補充氮氣和氫氣請應用化學反應速率和化學平衡的觀點說明采取該措施的理由：

增大氫氣和氮氣的濃度有利于增大反應速率，增大氫氣和氮氣濃度，減少氨氣濃度有利于平衡正向進行

（3）當甲烷合成氨氣的轉(zhuǎn)化率為75%時，以5.60×10⁷L甲烷為原料能夠合成

1.12×10⁸

L氨氣（假設(shè)體積均在標準狀況下測定）．
（4）已知尿素的結(jié)構(gòu)簡式為，請寫出兩種含有碳氧雙鍵的尿素的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式：
①

；②

．

Answer 1

分析：（1）要注意化學計量數(shù)與△H的數(shù)值相一致，同時還要注意反應物和生成物的狀態(tài)；
（2）將氨分離出來，可減少生成物濃度，化學平衡正向移動；補充氮氣和氫氣，增大生成物濃度，利于增大反應速率；
（3）根據(jù)甲烷生成氫氣、氫氣合成氨的化學方程式，找出甲烷與氨的關(guān)系式并進行計算．
CH₄+H₂O═CO+3H₂；
CO+H₂O═CO₂+H₂；
N₂+3H₂═2NH₃；設(shè)合成氨氣體積為X，故可得關(guān)系式：
         CH₄～～～

8

3

NH₃  
（4）依據(jù)尿素分子結(jié)構(gòu)寫出結(jié)構(gòu)簡式，含碳氧雙鍵的同分異構(gòu)體是分子式和尿素相同，結(jié)構(gòu)不同的物質(zhì)．

解答：解：（1）0.5mol甲烷和0.5mol水蒸氣在t℃，p kPa時，完全反應生成一氧化碳和氫氣（合成氣），吸收了a kJ熱量，1mol甲烷和1mol水蒸氣完全反應生成氫氣和一氧化碳氣體吸熱2aKJ熱量，反應的熱化學方程式為：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+2aKJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+2aKJ/mol；
（2）在合成氨的實際生產(chǎn)過程中，采取的措施之一是：將生成的氨從混合氣體中及時分離出來，并將分離出氨后的氮氣和氫氣循環(huán)利用，同時補充氮氣和氫氣，增大氫氣和氮氣的濃度有利于增大反應速率；增大氫氣和氮氣濃度，減少氨氣濃度有利于平衡正向進行，
故答案為：增大氫氣和氮氣的濃度有利于增大反應速率，增大氫氣和氮氣濃度，減少氨氣濃度有利于平衡正向進行；
（3）根據(jù)甲烷生成氫氣、氫氣合成氨的化學方程式，CH₄+H₂O═CO+3H₂；CO+H₂O═CO₂+H₂；N₂+3H₂═2NH₃；故可得關(guān)系式：
          CH₄～～～

8

3

NH₃
           1        

8

3

5.60×10⁷L×75%     X
X=1.12×10⁸L；
故答案為：1.12×10⁸；
（4）尿素的結(jié)構(gòu)簡式為：，含有雙鍵與尿素是同分異構(gòu)體的物質(zhì)，可以改變碳氧雙鍵所連接的原子團或原子寫出，同分異構(gòu)體為：，；
故答案為：；．

點評：本題考查了熱化學方程式的書寫方法，熱化學方程式的計算應用，物質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析判斷，同分異構(gòu)體書寫的原則和概念應用，題目難度中等．