Question

【題目】工業生產以NH3和CO2為原料合成尿素，反應的化學方程式為：

2NH3 (g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(l)。T1℃時，在2L的密閉容器中充入NH3和CO2模擬工業生產。

（1）在密閉容器中充入NH3和CO2，一定條件能自發進行的原因是___________；

（2）若原料氣中的NH3和CO2的物質的量之比（氨碳比），如右圖是CO2平衡轉化率（α）與氨碳比（x）的關系。其它條件不變時，α隨著x增大而增大的原因是_________；

（3）當x = 2，上述反應至5min時各物質的濃度不再發生變化，若起始的壓強為P0KPa，測得平衡體系壓強為起始時的2/3。反應結束后，分離得到90g尿素。

①試計算該反應的平均速率v (CO2)=_______________；

②該反應的平衡常數K =_________；

③達到平衡后NH3 的物質的量濃度為_________。

Answer 1

【答案】 雖然△S<0，使反應不自發，但△H<0使反應自發且影響程度大（或△G<0，或其他合理解釋） x增大，相當于c(NH3)增大，CO2轉化率增大 0.15mol/L 0.074 3mol/L

【解析】（1）2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(l)＋H2O(l) △H<0；根據△G=△H-T△S<0時自發進行，則反應在△S<0，△H<0時要能自發進行，必須在低溫反應才能自發進行，即：雖然△S<0，使反應不自發，但△H<0使反應自發且影響程度大；(2) 原料氣中的NH3和CO2的物質的量之比（氨碳比）=x，x越大相當于加入的氨氣的量越多；兩種反應物，增加氨氣的濃度，平衡右移，二氧化碳的轉化率增大，即：x增大，相當于c(NH3)增大，CO2轉化率增大；

（3）分離得到90g尿素，尿素的量為1.5mol；

2NH3 (g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(l)

起始：2a a 0 0

變化：2x x 1.5

平衡：2a-2x a-x 1.5

①壓強之比等于物質的量之比：=，解得x=，而根據反應中二氧化碳消耗的量為尿素生成的量可得x=1.5mol，則有a=4.5mol，v(CO2)==0.15molL-1min-1；②平衡時氨氣和二氧化碳的物質的量濃度分別為： mol/L =3mol/L、 mol/L =1.5mol/L，該反應的平衡常數為：K==0.074L3mol-3；③達到平衡后NH3 的物質的量濃度為： mol/L =3mol/L。