Question

【题目】工业生产以NH3和CO2为原料合成尿素，反应的化学方程式为：

2NH3 (g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(l)。T1℃时，在2L的密闭容器中充入NH3和CO2模拟工业生产。

（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）若原料气中的NH3和CO2的物质的量之比（氨碳比），如右图是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时各物质的浓度不再发生变化，若起始的压强为P0KPa，测得平衡体系压强为起始时的2/3。反应结束后，分离得到90g尿素。

①试计算该反应的平均速率v (CO2)=_______________；

②该反应的平衡常数K =_________；

③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使反应自发且影响程度大（或△G<0，或其他合理解释） x增大，相当于c(NH3)增大，CO2转化率增大 0.15mol/L 0.074 3mol/L

【解析】（1）2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(l)＋H2O(l) △H<0；根据△G=△H-T△S<0时自发进行，则反应在△S<0，△H<0时要能自发进行，必须在低温反应才能自发进行，即：虽然△S<0，使反应不自发，但△H<0使反应自发且影响程度大；(2) 原料气中的NH3和CO2的物质的量之比（氨碳比）=x，x越大相当于加入的氨气的量越多；两种反应物，增加氨气的浓度，平衡右移，二氧化碳的转化率增大，即：x增大，相当于c(NH3)增大，CO2转化率增大；

（3）分离得到90g尿素，尿素的量为1.5mol；

2NH3 (g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(l)

起始：2a a 0 0

变化：2x x 1.5

平衡：2a-2x a-x 1.5

①压强之比等于物质的量之比：=，解得x=，而根据反应中二氧化碳消耗的量为尿素生成的量可得x=1.5mol，则有a=4.5mol，v(CO2)==0.15molL-1min-1；②平衡时氨气和二氧化碳的物质的量浓度分别为： mol/L =3mol/L、 mol/L =1.5mol/L，该反应的平衡常数为：K==0.074L3mol-3；③达到平衡后NH3 的物质的量浓度为： mol/L =3mol/L。