Question

17．尿素[CO（NH₂）₂]是首个由无机物人工合成的有机物．工业上合成尿素的反应如下：
2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（I）+H₂O（I）△H＜0．回答下列问题：
（1）已知工业上合成尿素分两步进行，相关反应如下：
反应Ⅰ.2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）△H₁＜0
反应Ⅱ．NH₂COONH₄（s）?CO（NH₂）₂（I）+H₂O（I）△H₂＞0
下列（A-D）示意图中[a表示2NH₃（g）+CO₂（g），b表示NH₂COONH₄（s），c表示CO（NH₂）₂（l）+H₂O（l）]，能正确表示尿素合成过程中能量变化曲线是（填序号）C．

（2）某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在恒定温度下，将氨气和二氧化碳按2：1的物质的量之比充入一体积为10L的密闭容器中（假设容器体积不变，生成物的体积忽略不计），经20min达到平衡，各物质浓度的变化曲线如图E所示．
①在上述条件下，从反应开始至20min时，二氧化碳的平均反应速率为0.01mol/（L•min）．
②为提高尿素的产率，下列可以采取的措施有AC．
A．缩小反应容器的容积B．升高温度
C．平衡体系中及时分离出CO（NH₂）₂
D．使用合适的催化剂
③该反应的平衡常数表达式K=$\frac{1}{c（N{H}_{3}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}$；若升高体系的温度，容器中NH₃的体积分数将不变（填“增加”、“减小”或“不变”）．
④若保持平衡的温度和压强不变，再向容器中充入3mol的氨气，则此时v_正＜v_逆（填“＞”“=”或“＜”），判断理由再向容器中充入3mol的氨气，体系的体积变大，氨气和二氧化碳的浓度分别为0.25mol/Lhe 0.05mol/L，此时 $\frac{1}{c（N{H}_{3}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}$＞K，平衡会向逆反应方向移动，逆反应速率大于正反应速率．
⑤若保持平衡的温度和体积不变，25min时再向容器中充入2mol氨气和1mol二氧化碳，在40min时重新达到平衡，请在图E中画出25～50min内氨气的浓度变化曲线．

Answer 1

分析 （1）根据反应物和生成物的能量高低与反应吸放热之间的关系来判断；
（2）①根据化学反应速率等于单位时间内物质浓度的变化量来计算；
②根据影响化学平衡移动的因素来回答判断；
③化学平衡常数表达式=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$来书写；升高温度，化学平衡向着吸热方向进行；
④若保持平衡的温度和压强不变，再向容器中充入3mol的氨气，此时各物质的浓度减小，根据浓度商规则来进行回答；
⑤根据等效平衡知识来作图，25min时再向容器中充入2mol氨气和1mol二氧化碳，在40min时重新达到平衡，则建立的是等效平衡，氨气的平衡浓度保持不变．

解答 解：（1）当反应物的能量高于生成物的能量时，反应是放热反应，当反应物的能量低于生成物的能量时，反应是吸热反应，据反应Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）△H₁＜0
反应Ⅱ：NH₂COONH₄（s）?CO（NH₂）₂（I）+H₂O（I）△H₂＞0，可以知道2NH₃（g）和CO₂（g）的能量和高于NH₂COONH₄（s）的能量，NH₂COONH₄（s）的能量低于CO（NH₂）₂（I）+H₂O（I）的能量，故选C，
故答案为：C；
（2）①从反应开始至20min时，二氧化碳的平均反应速率=$\frac{0.3mol/L-0.1mol/L}{20min}$=0.01mol/（L•min），
故答案为：0.01mol/（L•min）；
②为提高尿素的产率，可以是化学平衡向着正反应方向进行，
A．缩小反应容器的容积，即增大压强，化学平衡正向移动，故A正确；
B．升高温度，化学平衡2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）△H₁＜0逆向移动，故B错误；
C．平衡体系中及时分离出CO（NH₂）₂会增大产率，故C正确
D．使用合适的催化剂，不会引起平衡的移动，故D错误．
故选AC，故答案为：AC；
③该反应的平衡常数表达式K=$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}$，反应的产物是液态，只有反应物是气态，若升高体系的温度，容器中NH₃的体积分数不会改变，
故答案为：$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}$；不变；
④若保持平衡的温度和压强不变，再向容器中充入3mol的氨气，体系的体积变大，氨气和二氧化碳的浓度会改变，分别为0.25mol/Lhe 0.05mol/L，此时$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}$＞K，平衡会向逆反应方向移动，所以逆反应速率大，
故答案为：＜；再向容器中充入3mol的氨气，体系的体积变大，氨气和二氧化碳的浓度分别为0.25mol/Lhe 0.05mol/L，此时$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}$＞K，平衡会向逆反应方向移动，逆反应速率大于正反应速率；
⑤25min时再向容器中充入2mol氨气和1mol二氧化碳，在40min时重新达到平衡，则建立的是等效平衡，氨气的平衡浓度保持不变，曲线如下：，
故答案为：＞；．

点评 本题是一道关于化学反应速率和化学平衡移动的总合考查题，考查学生分析和解决问题的能力，题目难度中等．