Question

【題目】“一碳化學”是指以含一個碳原子的化合物（如：CO2、CO、CH4、CH3OH等）為初始反應物，合成一系列重要的化工原料和燃料的化學。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可表示如下：

反應I：2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s) △H1=-159.47kJ/mol K1

反應II：NH2COONH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H2=+72.49kJ/mol K2

總反應：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H3 K3

請回答下列問題：

（1）①總反應的△H3=_______kJ/mol。該熱化學方程式的平衡常數K3=____________(用K1、K2表示)。

②反應I一般在_________（填“高溫”或“低溫”）情況下有利于該反應的進行。

③一定溫度下，在體積為固定的密閉容器中按計量比進行反應I，下列不能說明反應達到了平衡狀態的是__________（填序號）。

A．混合氣體的平均相對分子質量不再變化

B．容器內氣體總壓強不再變化

C．2V正(NH3)=V逆(CO2)

D．容器內混合氣體的密度不再變化

④環境為真空時，在一敞開容器（非密閉容器）中加入NH2COONH4固體，足夠長時間后，反應是否建立平衡狀態? ___________（填“是”或“否”）。

（2）在體積可變的恒壓(p總)密閉容器中充入1 mol CO2 與足量的碳，讓其發生反應：C(s)+ CO2(g)2CO(g) △H>0。平衡時，體系中氣體體積分數與溫度的關系如下圖所示。

①T℃時，在容器中若充入稀有氣體，v(正)___v(逆)(填“>”“<”或“=”)；若充入等體積的CO2 和CO，平衡________移動(填“正向”“逆向”或“不”)。

②650℃，CO2 的轉化率為_____________。

③已知：氣體分壓(P分)=氣體總壓×體積分數。用平衡分壓代替平衡濃度表示平衡常數，925℃時，Kp=_____________ (用含P總的代數式表示)。

Answer 1

【答案】 -86.98 K1·K2 低溫 AC 否 ＞ 不 25% 23.04P總

【解析】(1)①反應Ⅰ：2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s)△H1=-159.47kJ/mol，反應Ⅱ：NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H2=+72.49 kJ/mol，總反應：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H3，由蓋斯定律總反應=反應I+反應Ⅱ，得到2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H3 =-86.98 kJ/mol，該熱化學方程式的平衡常數K3= K1·K2，故答案為：-86.98；K1·K2；

②根據△G=△H-T△S＜0時反應自發進行，反應I的△H＜0，△S＜0，則在低溫下有利于該反應的進行，故答案為：低溫；

③一定溫度下，在體積為固定的密閉容器中按計量比進行反應I：2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)。A．只有反應物中含有氣體，氨氣和二氧化碳的物質的量不變，混合氣體的平均相對分子質量始終變化，不能說明達到了平衡狀態，錯誤；B．容器內氣體總壓強不再變化，說明容器中氣體的物質的量不變，說明達到了平衡狀態，正確；C．根據方程式，V正(NH3)=2V逆(CO2)表示正逆反應速率相等，因此2V正(NH3)=V逆(CO2)，表示的正逆反應速率不等，不能說明達到了平衡狀態，錯誤；D．容器內混合氣體的密度不再變化，說明混合氣體的質量不變，說明達到了平衡狀態，正確；故選AC；

④環境為真空時，在一敞開容器(非密閉容器)中加入NH2COONH4固體，足夠長時間后，反應不能建立平衡狀態，氨氣和二氧化碳的濃度始終為0，分解反應會一直進行下去，直至反應完全，故答案為：否；

(2)①T℃時，在容器中若充入稀有氣體，容器的體積增大，相當于減小壓強，平衡正向移動，則v(正)＞v(逆)；由圖可知，T℃時，反應達平衡后CO和CO2的體積分數都為50%即為平衡狀態，T℃時，若充入等體積的CO2和CO平衡不移動，故答案為：＞；不；

②由圖可知，650℃時，反應達平衡后CO的體積分數為40%，設開始加入的二氧化碳為1mol，轉化了xmol，

則有 C(s)+CO2(g)2CO(g)

開始（mol） 1 0

轉化（mol） x 2x

平衡（mol） 1-x 2x

所以×100%=40%，解得x=0.25mol，則CO2的轉化率為×100%=25%，故答案為：25%；

③925℃時，CO的體積分數為96%，則CO2的體積分數都為4%，所以用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數Kp===23.04P總，故答案為：23.04P總。