Question

尿素的生產(chǎn)通常是在高溫高壓的條件下，經(jīng)歷兩步反應實現(xiàn)：

	化學方程式	焓變 △H/kJ?mol-1	活化能E/kJ?mol-1
甲銨生成	2NH3（1）+CO2（1）?NH4COONH2（1）	-100.5	101.2
甲銨脫水	NH4COONH2（1）?（NH2）2CO（1）+H2O（1）	+27.6	189.1

已知甲銨生成反應一般情況下幾乎能夠完全進行．請回答下列問題：
（1）甲銨脫水反應隨著溫度的升高，該反應平衡常數(shù)

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．尿素合成的總反應速率取決于甲銨

 

（填“生成”或“脫水”）反應（提示：多步反應的總速率取決于慢反應）．
（2）2NH₃（1）+CO₂（1）?（NH₂）₂CO（1）+H₂O（1）△H=

 

kJ?mol^-1．對于液相反應常用某組分B達到平衡時的物質(zhì)的量分數(shù)x（B）表示平衡常數(shù)（記作Kx），則該反應的平衡常數(shù)表達式Kx=

 

．
（3）尿素合成過程中通過控制溫度、NH₃和CO₂的物質(zhì)的量比（氨碳比a）、生成物H₂O和反應物CO₂的物質(zhì)的量比（水碳比）等因素來提高CO₂的轉(zhuǎn)化率．

①如圖1是在其他因素一定，不同氨碳比條件下CO₂平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關系圖．下列說法正確的是

 

A．CO₂平衡轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而增大
B．工業(yè)生產(chǎn)尿素常采取通入大量的氨氣來提高CO₂平衡轉(zhuǎn)化率．
C．圖中CO₂平衡轉(zhuǎn)化率先增大，是因為此溫度范圍對甲銨脫水反應影響較大；后減小，是因為過高的溫度促使甲銨生成反應向逆向移動．
D．過高的水碳比不利于尿素的合成，應不斷將生成的水脫離反應體系．
②如圖2是在氨碳比均為4，190℃和220℃時的水碳比對CO₂平衡轉(zhuǎn)化率的影響．在圖2中畫出此氨碳比下180℃的變化趨勢示意圖．

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強的變化曲線,化學平衡的計算

專題：化學平衡專題

分析：（1）甲銨脫水反應正反應是吸熱反應，升高溫度平衡向正反應方向移動，平衡常數(shù)增大；
甲銨脫水反應活化能較高，反應速率較慢；
（2）根據(jù)蓋斯定律計算反應熱；該平衡常數(shù)為平衡時生成物物質(zhì)的量分數(shù)系數(shù)次冪之積與反應物物質(zhì)的量分數(shù)系數(shù)次冪之積的比值；
（3）①A．根據(jù)圖象中二氧化碳轉(zhuǎn)化率隨溫度升高變化情況進行分析；
B．增大氨氣濃度，N元素利用率降低；
C．根據(jù)溫度對甲銨脫水反應與甲銨生成反應的影響分析解答；
D．減少生成物的濃度有利于平衡向正反應方向移動；
②水碳比一定時，溫度越高CO₂平衡轉(zhuǎn)化率越大，溫度一定時，水碳比越大，CO₂平衡轉(zhuǎn)化率越小，故此氨碳比下180℃的變化趨勢曲線應介于190℃和220℃之間．

解答： 解：（1）甲銨脫水反應正反應是吸熱反應，升高溫度平衡向正反應方向移動，平衡常數(shù)增大；甲銨脫水反應活化能較高，反應速率較慢，尿素合成的總反應速率取決于甲銨脫水反應，
故答案為：增大；脫水；
（2）已知：①2NH₃（1）+CO₂（1）?NH₄COONH₂（1）△H=-100.5kJ/mol，
②NH₄COONH₂（1）?（NH₂）₂CO（1）+H₂O（1）△H=+27.6kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，①+②得2NH₃（1）+CO₂（1）?（NH₂）₂CO（1）+H₂O（1）故△H=（-100.5kJ/mol）+27.6kJ/mol=-72.9kJ/mol，
用某組分B達到平衡時的物質(zhì)的量分數(shù)x（B）表示平衡常數(shù)（記作Kx），則該反應平衡常數(shù)=

x[(NH2)2CO]?x(H2O)

x2(NH3)?x(CO2)

，
故答案為：-72.9；

x[(NH2)2CO]?x(H2O)

x2(NH3)?x(CO2)

；
（3）①A．由圖可知，其它條件一定時，升高溫度，二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率向增大，后減小，故A錯誤；
B．增大氨氣濃度，氨氣的轉(zhuǎn)化率減小，降低N的利用率，故B錯誤；
C．甲銨脫水反應是吸熱反應，升高溫度有利于向正反應方向進行，甲銨生成反應正反應是放熱反應，升高溫度不利于向正反應方向進行，故次溫度范圍對甲銨脫水反應影響較大，二氧化碳轉(zhuǎn)化率先增大，過高的溫度促使甲銨生成反應向逆向移動，二氧化碳轉(zhuǎn)化率又減小，故C正確；
D．不斷將生成的水脫離反應體系，使體現(xiàn)中水的濃度降低，有利于甲銨脫水反應進行，提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，故D正確，
故答案為：CD；
②水碳比一定時，溫度越高CO₂平衡轉(zhuǎn)化率越大，溫度一定時，水碳比越大，CO₂平衡轉(zhuǎn)化率越小，故此氨碳比下180℃的變化趨勢曲線應介于190℃和220℃之間，故此氨碳比下180℃的變化趨勢示意圖為：，故答案為：．

點評：本題考查反應熱計算、平衡常數(shù)、化學平衡圖象、化學工業(yè)條件控制等，側(cè)重考查化學平衡移動在化學工業(yè)生成的應用，是對知識的綜合應用，難度中等．