Question

【題目】工業生產尿素的原理是以NH3和CO2為原料合成尿素[CO(NH2) 2]，反應的化學方程式為 2NH3(g)+ CO2 (g) CO(NH2) 2(l)+ H2O(l)+Q(Q>0)。該反應分兩步進行：① 2NH3(g)+ CO2 (g) NH4COONH2 (s)+ Q1(Q1>0)，② NH4COONH2 (s) CO(NH2) 2(l)+ H2O(l)+Q2 (Q2<0).

(1)固體CO2稱干冰，屬于___________晶體。氮原子最外層電子排布式是___________。

(2)氧元素的非金屬性比碳強，用原子結構的知識說明理由_________________

(3)下列示意圖中，能正確表示合成尿素過程中能量變化的是____________。

A、B、
C、D、

(4)寫出合成尿素第一步反應的平衡常數表達式K=_________________________________。

(5)某實驗小組模擬工業上合成尿素的條件，在恒定溫度下，將氨氣和二氧化碳按2:1的物質的量之比充入一體積為10L的密閉容器中(假設容器體積不變，生成物的體積忽略不計)，經20min達到平衡，各物質濃度的變化曲線如圖所示。

① 在上述條件下，從反應開始至20min時，二氧化碳的平均反應速率為___________。

② 為提高合成尿素的產率，下列可以采取的措施有____________。

a. 縮小反應容器的容積 b. 升高溫度

c. 增加反應物的量 d. 使用合適的催化劑

③ 若保持平衡的溫度和體積不變，25min 時再向容器中充入2mol氨氣和1mol二氧化碳，在40min時重新達到平衡，請在下圖中畫出25~50min內氨氣的濃度變化曲線____________。

Answer 1

【答案】分子 2s22p3 氧元素和碳元素同周期，電子層數相同，氧元素的核電荷數比碳元素多，吸引電子能力強，因此非金屬性比碳強 C 1/[c2(NH3)c(CO2)] 0.01 mol/(L·min) a

【解析】

（1）干冰，屬于熔、沸點較低的分子晶體；氮原子原子序數為7，位于周期表第二周期ⅤA族；

（2）同周期元素從左到右，隨著核電荷數遞增，原子半徑減小，吸引電子能力依次增強，非金屬性依次增；

（3）根據反應物和生成物的能量高低與反應吸放熱之間的關系來判斷；

（4）依據化學平衡常數表達式=生成物平衡濃度系數次冪的乘積反應物平衡濃度系數次冪的乘積來書寫；

（5）由氨氣和二氧化碳的物質的量比為2:1，結合各物質濃度的變化曲線可知，起始時c(NH3)和c(CO2)分別為0.6mol/L和0.3mol/L，平衡時c(NH3)和c(CO2)分別為0.2mol/L和0.1mol/L。

①根據化學反應速率等于單位時間內物質濃度的變化量來計算；

②根據影響化學平衡移動的因素來回答判斷；

③根據等效平衡知識來作圖。

（1）固體CO2稱干冰，屬于熔、沸點較低的分子晶體；氮原子原子序數為7，位于周期表第二周期ⅤA族，最外層電子排布式是2s22p3，故答案為：分子；2s22p3；

（2）氧元素和碳元素均為第二周期元素，同周期元素從左到右，隨著核電荷數遞增，原子半徑減小，吸引電子能力依次增強，非金屬性依次增強，故答案為：氧元素和碳元素同周期，電子層數相同，氧元素的核電荷數比碳元素多，吸引電子能力強，因此非金屬性比碳強；

（3）由題意可知，合成尿素的反應和反應①為放熱反應，反應物的總能量高于生成物的總能量；反應②為吸熱反應，反應物的總能量低于生成物的總能量。

A、合成尿素的反應為放熱反應，2NH3(g)+ CO2 (g) 的總能量高于 CO（NH2）2（l）+H2O（l）的總能量，故錯誤；

B、反應②為吸熱反應，NH4COONH2 (s) 的總能量低于 CO（NH2）2（l）+H2O（l）的總能量，故錯誤；

C、合成尿素的反應和反應①為放熱反應，反應②為吸熱反應，則2NH3(g)+ CO2 (g) 的總能量高于 CO（NH2）2（l）+H2O（l）的總能量，NH4COONH2 (s) 的總能量低于 CO（NH2）2（l）+H2O（l）的總能量，故正確；

D、合成尿素的反應為放熱反應，2NH3(g)+ CO2 (g) 的總能量高于 CO（NH2）2（l）+H2O（l）的總能量，故錯誤；

故選C，故答案為：C；

（4）反應①中為NH4COONH2固體，則化學平衡常數K=1/[c2(NH3)c(CO2)]，故答案為：1/[c2(NH3)c(CO2)]；

（5）①從反應開始至20min時，二氧化碳濃度變化量△c(CO2)=（0.3mol/L—0.1mol/L）=0.2mol/L，則v c(CO2)= △c(CO2)/ △t=0.2mol/L/20min=0.01 mol/(L·min)，故答案為：0.01 mol/(L·min)；

②該反應為氣體體積減小的放熱反應，縮小反應容器的容積，壓強增大，平衡右移，尿素的產率增大；升高溫度，平衡左移，尿素的產率減小；增加反應物的量，平衡右移，但尿素的產率不一定增大；使用合適的催化劑，平衡不移動，尿素的產率不變，故選a，故答案為：a；

③25min 時再向容器中充入2mol氨氣和1mol二氧化碳，體系中c(NH3)和c(CO2)分別變為0.4mol/L和0.2mol/L，40min時重新達到平衡，由于建立的是等效平衡，氨氣的平衡濃度保持不變，故圖示為：，故答案為：。