Question

含氮类化合物在人类的日常生活中有着重要的作用。

(1)研究表明，在200℃，压强超过200MPa时，不使用催化剂，氨便可以顺利合成。但工业上合成NH₃往往在温度500℃压强20~50MPa的条件下进行，已知合成氨为放热反应，试分析原因_____________。

(2)工业上常利用4NH₃(g)+5O₂(g)4NO(g)+6H₂O(g)生产硝酸。在同温条件下，向2L的反应容器中充入2mol NH₃与2.75molO₂，平衡时NH₃转化率为50%，则该温度下K=___；保持温度不变，增大压强，则平衡常数_____(填“增大”、“减小”或“不变”)；其他条件不变，下列措施一定可以增大氨气转化率的是____。

A．降低氨气浓度  B．增大容器体积  C．降低温度 D．移除水蒸气  E．选择合适的催化剂

(3)已知：A．2NH₃(g)+CO₂(g)⇌NH₂COONH₄(l)  ΔH=-123kJ/mol

B．NH₂COONH₄(l)⇌(NH₂)₂CO(g)+H₂O(g)  ΔH= +50kJ/mol

①在工业生产中，尿素是由以上A、B两步合成的，则工业上由氨气与二氧化碳合成尿素的热化学反应方程式为：_______________。

②尿素合成过程中通过控制温度、NH₃和CO₂的物质的量比(氨碳比a)等因素来提高CO₂的转化率。如图是在其他因素一定，不同氨碳比条件下CO₂平衡转化率与温度的关系图。由图可知当温度一定时，a值越大，CO₂转化率越大其原因是______；当a一定时，CO₂平衡转化率呈现先增大后减小的趋势，其原因为_______。

Answer

温度太低反应太慢，压强太大对设备要求较高，压强太低转化率下降 0.75 不变 ABD 2NH3(g)+CO2(g)⇌(NH2)2CO(g) +H2O(g) ΔH=-73kJ/mol a值越大，NH3占反应物比例高，平衡向正向移动提高了CO2转化率 前半段B反应为主导因素，温度升高，促进B反应向正向移动，后半段A反应为主导因素，A反应向逆向移动

【解析】

(1)合成氨为气体体积减小的放热反应，据影响反应速率和平衡移动的因素分析合成氨反应的最优条件的选择；

(2)根据各物质的起始量和氨气的转化率，结合三段式计算出各物质的平衡浓度，从而计算出该反应的平衡常数；平衡常数是温度的函数，据此分析压强对平衡常数的影响；根据影响平衡移动的因素进行分析氨气转化率的变化情况；

(3)①根据盖斯定律进行计算；

②前半段B反应为主导因素，温度升高，促进B反应向正向移动，后半段A反应为主导因素，A反应向逆向移动，据此进行分析。

(1)合成氨虽然为放热反应，但是温度太低反应太慢，单位时间内的转化率低；该反应为气体减小的反应，压强太低转化率下降，而压强太高对设备要求较高，所以选用500℃压强20~50MPa的条件；

(2)起始投料为2mol NH3与2.75molO2，平衡时NH3转化率为50%，则平衡时△n(NH3)=1mol，根据反应方程式可知△n(O2)=1.25mol、△n(NO)=1mol、△n(H2O)=1.5mol，则平衡时各位的物质的量为n(NH3)=(2-1)mol， n(O2)=(2.75-1.25)mol、n(NO)=1mol、n(H2O)=1.5mol，容器的体积为2L，则NH3、 O2、NO、H2O的浓度分别为0.5mol/L、0.75mol/L、0.5mol/L、0.75mol/L，平衡常数K==0.75；

温度不变平衡常数不变，所以保持温度不变，增大压强，则平衡常数不变；

A．降低氨气浓度，相当于增大氧气的浓度，氨气的转化率增大，故A符合题意；

B．增大容器体积压强减小，该反应为气体系数之和增大的反应，所以平衡会正向移动，氨气的转化率增大，故B符合题意；

C．该反应焓变未知，无法判断温度对平衡的影响，故C不符合题意；

D．移除水蒸气可以使平衡正向移动，氨气的转化率增大，故D符合题意；

E．催化剂只改变反应速率，不改变反应的平衡，氨气的转化率不变，故E不符合题意；

综上所述选ABD；

(3)①已知A．2NH3(g)+CO2(g)⇌NH2COONH4(l)  ΔH=-123kJ/mol

B．NH2COONH4(l)⇌(NH2)2CO(g)+H2O(g)  ΔH= +50kJ/mol

根据盖斯定律A+B可得2NH3(g)+CO2(g)⇌(NH2)2CO(g) +H2O(g) ΔH=-123kJ/mol+50kJ/mol=-73kJ/mol；

②a值越大，NH3占反应物比例高，平衡向正向移动提高了CO2转化率；前半段B反应为主导因素，温度升高，促进B反应向正向移动，后半段A反应为主导因素，A反应向逆向移动，所以CO2平衡转化率呈现先增大后减小的趋势。