Question

【题目】工业生产以NH3和CO2为原料合成尿素[CO（NH2）2]，反应的化学方程式为：

2NH3（g）＋CO2（g）CO（NH2）2（l）＋H2O（l）

（1）在密闭容器中充入NH3和CO2 ,一定条件能自发进行的原因是__________________；

（2）T1℃时，在2 L的密闭容器中充入NH3和CO2模拟工业生产，若原料气中的NH3和CO2的物质的量之比（氨碳比）=x，如图是CO2平衡转化率（α）与氨碳比（x）的关系。其它条件不变时，α随着x增大而增大的原因是_________________；

（3）当x=2，上述反应至5min时各物质的浓不再发生变化，若起始的压强为P0 KPa，测得平衡体系压强变为起始时的。反应结束后，分离得到90g尿素。

试计算该反应的平均速率v（CO2）=___________________，

该反应的平衡常数（K）=________________，

达到平衡后NH3的物质的量浓度为_________________。

Answer 1

【答案】虽然△S<0，使反应不自发，但△H<0使反应自反且影响程度大x增大，相当于c（NH3）增大，CO2转化率增大0.15mol*L-1Kp=22.8/P03h或0.074；3mol*L-1

【解析】

(1)因为平衡常数随温度升高减小，说明正反应为放热反应，△H<0，虽然△S<0，使反应不自发，但△H<0使反应能自发进行且影响程度大，故2NH3(g)＋CO2(g）CO(NH2)2(l)＋H2O(l)一定条件能自发进行。答案：虽然△S<0，使反应不自发，但△H<0使反应能自发进行反且影响程度大。

(2)2NH3(g)＋CO2(g）CO(NH2)2(l)＋H2O(l),图象分析判断,增大氨气浓度平衡正向进行,二氧化碳转化率增大,故答案为：x增大,相当于c(NH3)增大, CO2转化率增大。

(3)当x=2,原料气中的NH3和CO2的物质的量之比为2,设二氧化碳物质的量为m,氨气物质的量为2m,上述反应至5min时各物质的浓度不再发生变化,反应达到平衡状态,测得体系压强变为开始时的2/3,气体压强之比等于气体物质的量之比,反应结束后,分离得到90g尿素,物质的量n(CO(NH2)2)=90g/60g.mol-1=1.5mol，消耗氨气物质的量为3mol，消耗二氧化碳物质的量为1.5mol，利用化学平衡三行计算列式计算，

2 NH3 (g)＋CO2(g）CO(NH2)2(l)＋H2O(l)

起始量(mol)2m m 0 0

变化量(mol)3 1.5 1.5 1.5

平衡量(mol)2m3 m1.5 1.5 1.5

测得体系压强变为开始时的2/3,气体压强之比等于气体物质的量之比,2m3+m1.5=2/3×(2m+m) m=4.5mol,二氧化碳反应速率V=△c/△t=1.5mo/2L.5min-1=0.15mol/Lmin-1，平衡时氨气的浓度=(2×4.5mol3mol)/2L=3mol/L。CO2的浓度=(4.5mol1.5mol)/2L=1.5mol/L。平衡常数K=1/(33×1.5)=0.074，达到平衡后NH3的物质的量浓度=(2×4.5mol3mol)/2L=3mol/L。故答案为：0.15molL1min1, 0.074, 3molL1。