Question

【題目】氨氣是一種重要的化工原料，在工農(nóng)業(yè)中都有廣泛的應用。

(1)NH3和CO2在120℃和催化劑的作用下可以合成尿素，反應方程式為2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)。某實驗小組向一個容積不變的真空密閉容器中充入CO2與NH3合成尿素，在恒定溫度下，混合氣體中NH3的體積分數(shù)隨時間的變化關系如圖所示(該條件下尿素為固體)。A點的正反應速率v正(CO2)___ (填“大于”“小于”或“等于”)B點的逆反應速率v逆(CO2)，NH3的平衡轉化率為__。

(2)氨基甲酸銨(NH2COONH4)是合成尿素過程的中間產(chǎn)物，現(xiàn) 將體積比為2∶1的NH3和CO2混合氣體充入一個容積不變的真空密閉容器中，在恒定溫度下使其發(fā)生反應并達到平衡：2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)。實驗測得在不同溫度下的平衡數(shù)據(jù)如下表：

溫度(℃)	15.0	20.0	25.0	30.0	35.0
平衡氣體總濃度 (10-3mol·L-1)	2.4	3.4	4.8	6.8	9.6

①上述反應的焓變：ΔH__0，熵變ΔS__0(填“>”“<”或“=”)。

②下列說法能說明上述反應建立化學平衡狀態(tài)的是_______。

A.混合氣體的平均相對分子質量不再發(fā)生變化

B.混合氣體中NH3與CO2的濃度之比不再發(fā)生變化

C.混合氣體的密度不再發(fā)生變化 D.v正(NH3)=2v逆(CO2)

③根據(jù)表中數(shù)據(jù)，列出25.0℃時該反應的化學平衡常數(shù)的計算式K=_____(不要求計算結果)，該反應溫度每升高10℃，化學平衡常數(shù)就變?yōu)樵瓉淼?/span>______倍。

Answer 1

【答案】大于 75% < < C、D

【解析】

(1)圖象分析氨氣的體積分數(shù)從50%變化為20%后體積分數(shù)保持不變，說明B點反應達到平衡狀態(tài)，A點氨氣體積百分含量大于B的氨氣體積百分含量，說明反應正向進行達到平衡狀態(tài)，A點的正反應速率大于B點的正反應速率；依據(jù)氨氣的體積分數(shù)結合平衡三段式列式計算平衡轉化率；

(2)①根據(jù)表中的數(shù)據(jù)溫度越高，則平衡氣體的總濃度越大，所以升高溫度，平衡逆向移動，正反應反應是放熱反應；反應物是氣體，產(chǎn)物是固體，該反應是熵減小的過程；

②反應2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)達到平衡狀態(tài)的判斷要緊扣平衡狀態(tài)的特征，同一反應物或生成物表示的正、逆反應速率相等或反應體系各物質的量不再隨時間變化而變化；此反應的特征時生成物為固體，從反應物開始進行時反應物的變化量與起始量的比值相等，始終保持不變，另外混合氣體的組分也始終保持不變，即混合氣體的平均相對分子質量操持不變，無法確定是否是平衡狀態(tài)；

③根據(jù)平衡三段式計算各物質的平衡濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積進行列式；結合表格判斷每升高10℃判斷平衡常數(shù)的變化規(guī)律。

(1)氨氣的體積分數(shù)從50%變化為20%后體積分數(shù)保持不變，說明B點反應達到平衡狀態(tài)，A點氨氣體積百分含量大于B的氨氣體積百分含量，說明反應正向進行達到平衡狀態(tài)，A點的正反應速率大于B點的正反應速率，故v正(CO2)＞v逆(CO2)；

設氨氣消耗物質的量x，開始氨氣體積分數(shù)為50%，假設氨氣為50mol，二氧化碳為50mol，

CO2 + 2NH3(NH2)2CO+H2O

起始量(mol) 50 50 0 0

變化量(mol) 0.5x x 0.5x 0.5x

平衡量(mol) 50-0.5x 50-x 0.5x 0.5x

氨氣的體積分數(shù)==20%；解得x=37.5mol；氨氣的平衡轉化率=×100%=75%；

(2)①根據(jù)表中的數(shù)據(jù)溫度越高，則平衡氣體的總濃度越大，所以升高溫度，平衡逆向移動，正反應反應是放熱反應，故△H＜0；反應物是氣體，產(chǎn)物是固體，該反應是熵減小的過程，即，△S＜0；

②反應2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)中，開始加入的NH3與CO2物質的量之比為2：1，而反應消耗的NH3與CO2物質的量之比也是2：1，因此反應的任意時刻二者物質的量之比是2：1，因此濃度之比2：1不能作為平衡的標志．由于NH2COONH4為固體，氣體只有NH3和CO2，并且無論是否平衡，二者的物質的量之比不變，則平均相對分子質量不變，所以平均相對分子質量不能作為平衡的標志；隨反應的進行，氣體質量減小，達到平衡時，質量不再發(fā)生變化，反應過程容器體積不變，因此密度可作為平衡的標志，因此C、D符合題意；故答案為：C、D；

③反應NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)，設二氧化碳濃度的變化量x，

2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)

初始濃度 0 0

變化濃度：2x x

平衡濃度：2x x

則3x=4.8×10-3mol/L，即x=1.6×10-3mol/L，2x=3.2×10-3mol/L，K==；

根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析，反應每升高10℃，平衡時氣體的總濃度就變?yōu)樵瓉淼?/span>2倍，化學平衡常數(shù)就變?yōu)樵瓉淼?/span>倍。