Question

(15分）二氧化碳的过度排放会引发气候问题，而进行有效利用则会造福人类，如以CO₂和 NH₃  为原料合成尿素。经研究发现该反应过程为：

① CO₂(g) + 2NH₃(g) NH₂COONH₄(s)   △H₁

② NH₂COONH₄(s) CO(NH₂)₂(s) + H₂O(g) △H₂>0

请回答下列问题：

（1）研究反应①的平衡常数（K）与温度（T）的关系，如图1所示，则△H₁____0。(选填“>”、“<”或“=”)。

（2）有体积可变（活塞与容器之间的摩擦力忽略不计）的密闭容器如图2所示，现将3molNH₃和2molCO₂放入容器中，移动活塞至体积V为3L，用铆钉固定在A、B点，发生合成尿素的总反应如下：

CO₂(g) + 2NH₃(g) CO(NH₂)₂(s) + H₂O(g)

测定不同条件、不同时间段内的CO₂的转化率，得到如下数据：

CO2的转化率T（℃）	10min	20min	30min	40min
T1	30%	65%	75%	75%
T2	45%	50%	a1	a2

①T₁℃下，l0min内NH₃的平均反应速率为__________。

②根据上表数据，请比较T₁_________T₂(选填“>”、“<”或“=”)；T₂℃下，第30min 时，a₁=________，该温度下的化学平衡常数为_________。

③T₂℃下，第40min时，拔去铆钉（容器密封性良好）后，活塞没有发生移动，再向容器中通人3molCO₂，此时v(正）_____ v (逆）（选填“>”、“<”或“=”），判断的理由是______。

（3）请在下图中补画出合成氨总反应2NH₃(g) + CO₂(g)CO(NH₂)₂(s) + H₂O(g)过程中能量变化图，并标明中间产物〔NH₂COONH₄(s)〕、   生成物CO(NH₂)₂(s) + H₂O(g)〕。

Answer

（1）<；（2）①0.04mol/(L·min)；②>，50%，9；③=，理由：拔去铆钉，容器是在同温同压下进行，体积之比等于物质的量之比，当充入3molCO2，假设平衡不移动，此时容器的体积为6L，Qc=c(H2O)/[c(CO2)×c2(NH3)]=9=K，平衡不移动；（3）

。

【解析】

试题分析：（1）根据图像，平衡常数随温度的升高而降低，说明升高温度，化学反应向逆反应方向进行，根据勒夏特列原理，正反应方向为放热反应，即△H<0；（2）①T1℃，10min时消耗n(CO2)=2×30%mol=0.6mol，v(CO2)=0.6/(3×10)mol/(L·min)=0.02mol/(L·min)，根据化学反应速率之比等于计量数之比，v(NH3)=2v(CO2)=2×0.02mol/(L·min)=0.04mol/(L·min)；②T2℃，10min时，消耗n(CO2)=2×45%mol=0.9mol，v(CO2)=0.9/(3×10)mol/(L·min)=0.03mol/(L·min)大于T1℃10min时的反应速率，其他条件相同，温度越高反应速率越快，即T2℃>T1℃，温度高反应速率快，先达到化学平衡，即T2℃下，第30min 时，a1=50%，CO2(g) + 2NH3(g) CO(NH2)2(s) + H2O(g)

起始量： 2 3 0

变化量： 2×50% 2 1

平衡量： 1 1 1

K=c(H2O)/[c(CO2)×c2(NH3)]=9；③拔去铆钉，容器是在同温同压下进行，体积之比等于物质的量之比，当充入3molCO2，假设平衡不移动，此时容器的体积为6L，Qc=c(H2O)/[c(CO2)×c2(NH3)]=9=K，平衡不移动，即v正=v逆；（3）CO2(g) + 2NH3(g) NH2COONH4(s) △H1<0，说明反应物具有的能量大于生成物的能量，NH2COONH4(s) CO(NH2)2(s) + H2O(g) △H2>0 ，说明反应物的总能量大于生成物的总能量，根据（2）的数据温度升高达到平衡时的转化率降低，根据勒夏特列原理，说明正反应方向是放热反应，即反应物的总能量大于生成物的总能量，则：。

考点：考查平衡常数和温度的关系、化学反应速率和平衡常数的计算、反应热和能量之间的关系等知识。