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）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）T1℃時，在2 L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_________________；

（3）當x=2，上述反應至5min時各物質的濃不再發生變化，若起始的壓強為P0 KPa，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v（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】雖然△S<0，使反應不自發，但△H<0使反應自反且影響程度大x增大，相當于c（NH3）增大，CO2轉化率增大0.15mol*L-1Kp=22.8/P03h或0.074；3mol*L-1

【解析】

(1)因為平衡常數隨溫度升高減小，說明正反應為放熱反應，△H<0，雖然△S<0，使反應不自發，但△H<0使反應能自發進行且影響程度大，故2NH3(g)＋CO2(g）CO(NH2)2(l)＋H2O(l)一定條件能自發進行。答案：雖然△S<0，使反應不自發，但△H<0使反應能自發進行反且影響程度大。

(2)2NH3(g)＋CO2(g）CO(NH2)2(l)＋H2O(l),圖象分析判斷,增大氨氣濃度平衡正向進行,二氧化碳轉化率增大,故答案為：x增大,相當于c(NH3)增大, CO2轉化率增大。

(3)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m,氨氣物質的量為2m,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，

2 NH3 (g)＋CO2(g）CO(NH2)2(l)＋H2O(l)

起始量(mol)2m m 0 0

變化量(mol)3 1.5 1.5 1.5

平衡量(mol)2m3 m1.5 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,2m3+m1.5=2/3×(2m+m) m=4.5mol,二氧化碳反應速率V=△c/△t=1.5mo/2L.5min-1=0.15mol/Lmin-1，平衡時氨氣的濃度=(2×4.5mol3mol)/2L=3mol/L。CO2的濃度=(4.5mol1.5mol)/2L=1.5mol/L。平衡常數K=1/(33×1.5)=0.074，達到平衡后NH3的物質的量濃度=(2×4.5mol3mol)/2L=3mol/L。故答案為：0.15molL1min1, 0.074, 3molL1。