Question

12．尿素[H₂NCONH₂]既是一種非常重要的高氮化肥，又是多種有機、無機產(chǎn)品的生產(chǎn)原料．工業(yè)上以合成氨廠的NH₃和CO₂為原料生產(chǎn)尿素．請回答下列問題：
（1）某實驗室模擬工業(yè)合成氨在三個不同條件下的密閉容器中分別加入N₂和H₂，濃度均為c（N₂）=0.100mol/L，c（H₂）=0.300mol/L，進行反應(yīng)時，N₂的濃度隨時間的變化分別如圖曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所示．
①0～20min時，實驗Ⅰ中v（N₂）=0.002mol/（L•min）
②實驗Ⅱ中H₂的平衡轉(zhuǎn)化率為40%
③與實驗Ⅰ相比，實驗Ⅱ、Ⅲ分別僅改變一個反應(yīng)條件．寫出所改變的條件及判斷的理由：Ⅱ加入催化劑，到達平衡時間縮短，平衡時氮氣濃度未變；
Ⅲ升高溫度，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡正向移動，縮短到達平衡時間，平衡時氮氣的濃度增大．
（2）合成尿素的反應(yīng)為2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H=-101.99kJ/mol，該反應(yīng)在進行時分為如下兩步：
第一步：2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂NCOONH₄（l）△H₁
第二步：H₂NCOONH₄（l）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H₂=+15.05kJ/mol
①若總反應(yīng)的快慢由第二步反應(yīng)決定，則第二步反應(yīng)的反應(yīng)速率＜（填“＞”、“＜”或“=”）第一步反應(yīng)的反應(yīng)速率．
②△H₁=-117.04kJ/mol．
（3）尿素施入土壤，先要與土壤中微生物作用水解為碳酸銨或碳酸氫銨，才能被農(nóng)作物根系吸收，寫出尿素水解為碳酸銨的化學(xué)方程式H₂NCONH₂+2H₂O=（NH₄）₂CO₃．
（4）尿素濕法煙氣凈化工藝早被科學(xué)家聯(lián)合開發(fā)．該方法用尿素作為吸收液脫除煙氣中的NO_x，取得了較好的效果．煙氣中NO和NO₂按物質(zhì)的量之比1：1經(jīng)尿素溶液處理后變成無毒無害氣體．則1mol尿素能吸收上述煙氣（假設(shè)煙氣只含有NO和NO₂，其體積比為1：1）的質(zhì)量為76g．

Answer 1

分析 （1）①由圖可知，20min時到達平衡，氮氣的濃度變化量為（1-0.06）mol/L=0.04mol/L，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（N₂）；
②實驗Ⅱ中平衡時氮氣的濃度變化量為（1-0.06）mol/L=0.04mol/L，由方程式可知氫氣的濃度變化量為0.04mol/L×3=0.12mol/L，氫氣轉(zhuǎn)化率=$\frac{氫氣濃度變化量}{氫氣起始濃度}$×100%；
③與實驗Ⅰ相比，實驗Ⅱ反應(yīng)速率加快，平衡氮氣濃度不變，不能是增大壓強或升高溫度，可能是加入催化劑；而實驗Ⅲ反應(yīng)速率減慢，平衡時氮氣的濃度增大，正反應(yīng)為體積減小的放熱反應(yīng)，不能是減小壓強，可能是降低升高溫度；
（2）①慢反應(yīng)決定整個過程的反應(yīng)速率；
②根據(jù)蓋斯定律，可知△H₁=△H-△H₂；
（3）根據(jù)尿素水解為碳酸銨書寫化學(xué)方程式；
（4）煙氣中NO和NO₂按物質(zhì)的量之比1：1經(jīng)尿素溶液處理后變成無毒無害氣體，應(yīng)生成氮氣、二氧化碳，反應(yīng)方程式為：NO+NO₂+H₂NCONH₂=2N₂+CO₂+2H₂O，結(jié)合方程式計算．

解答 解：（1）①由圖可知，20min時到達平衡，氮氣的濃度變化量為（1-0.06）mol/L=0.04mol/L，則v（N₂）=$\frac{0.04mol/L}{20min}$=0.002mol/（L•min），故答案為：0.002mol/（L•min）；
②實驗Ⅱ中平衡時氮氣的濃度變化量為（1-0.06）mol/L=0.04mol/L，由方程式可知氫氣的濃度變化量為0.04mol/L×3=0.12mol/L，氫氣轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.12mol/L}{0.3mol/L}$×100%=40%，故答案為：40%；
③與實驗Ⅰ相比，實驗Ⅱ反應(yīng)速率加快，平衡氮氣濃度不變，不能是增大壓強或升高溫度，可能是加入催化劑；而實驗Ⅲ反應(yīng)速率減慢，平衡時氮氣的濃度增大，正反應(yīng)為體積減小的放熱反應(yīng)，不能是減小壓強，升高溫度反應(yīng)速率加快，平衡逆向移動，可能是升高溫度，
故答案為：加入催化劑，到達平衡時間縮短，平衡時氮氣濃度未變；升高溫度，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡正向移動，縮短到達平衡時間，平衡時氮氣的濃度增大；
（2）①慢反應(yīng)決定整個過程的反應(yīng)速率，若總反應(yīng)的快慢由第二步反應(yīng)決定，則第二步反應(yīng)的反應(yīng)速率＜第一步反應(yīng)的反應(yīng)速率，故答案為：＜；
②根據(jù)蓋斯定律，可知△H₁=△H-△H₂=-101.99kJ/mol-15.05kJ/mol=-117.04kJ/mol，故答案為：-117.04kJ/mol；
（3）尿素水解為碳酸銨，化學(xué)方程式為：H₂NCONH₂+2H₂O=（NH₄）₂CO₃，故答案為：H₂NCONH₂+2H₂O=（NH₄）₂CO₃；
（4）煙氣中NO和NO₂按物質(zhì)的量之比1：1經(jīng)尿素溶液處理后變成無毒無害氣體，應(yīng)生成氮氣、二氧化碳，反應(yīng)方程式為：NO+NO₂+H₂NCONH₂=2N₂+CO₂+2H₂O，由方程式可知1mol尿素能吸收1molNO、1molNO₂，則吸收上述煙氣的質(zhì)量為1mol×（30g/mol+46g/mol）=76g，
故答案為：76．

點評 本題考查化學(xué)反應(yīng)速率計算、化學(xué)平衡計算及影響因素、反應(yīng)方程式計算等，側(cè)重對學(xué)生分析能力的考查，（4）中的關(guān)鍵是書寫方程式，難度中等．