Question

【題目】工業生產以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)。

（1）T1℃時，在2L的密閉容器中充入NH3和CO2模擬工業生產，若原料氣中的NH3和CO2的物質的量之比（氨碳比）=x，如圖是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__________________.

（2）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，測得平衡體系壓強變為起始時的。反應結束后，分離得到90g尿素。

試計算該反應的平均速率υ(CO2)=________________，該反應的平衡常數K=___________，達到平衡后NH3的物質的量濃度為______________。

Answer 1

【答案】 x增大，相當于c(NH3)增大，CO2轉化率增大 0.15 mol·L-1·min-1 0.074 3 mol·L-1

【解析】（1）增大反應物濃度，平衡正向進行，α隨著x增大而增大的原因是:x增大，相當于c(NH3)增大，CO2轉化率增大；（2）當x=2，原料氣中的NH3和CO2的物質的量之比為2，設二氧化碳物質的量為a，氨氣物質的量為2a，上述反應至5min時各物質的濃度不再發生變化，反應達到平衡狀態，測得體系壓強變為開始時的2/3，氣體壓強之比等于氣體物質的量之比，反應結束后，分離得到90g尿素，物質的量n（CO(NH2)2 ）=90g/60g·mol－1=1.5mol，消耗氨氣物質的量為3mol，消耗二氧化碳物質的量為1.5mol，利用化學平衡三行計算列式計算，

2NH3（g）+CO2（g）CO(NH2)2 （l）+H2O（l），

起始量/mol 2a a 0 0

變化量/mol 3 1.5 1.5 1.5

平衡量/mol 2a-3 a-1.5 1.5 1.5

測得體系壓強變為開始時的2/3，氣體壓強之比等于氣體物質的量之比，2a－3+a-1.5=2/3×（2a+a）a=4.5mol,二氧化碳反應速率V=△c/△t=1.5mol/（2L×5min）=0.15mol·L－1·min－1，平衡時氨氣的濃度=（2×4.5mol-3mol）/2L=3mol·L－1，CO2的濃度=（4.5mol－1.5mol)/2L=1.5mol·L－1,平衡常數K=1/(33×1.5)=0.074，達到平衡后NH3的物質的量濃度=（2×4.5mol-3mol）/2L=3mol·L－1。