Question

【题目】氨气是一种重要的化工原料，在工农业中都有广泛的应用。

(1)NH3和CO2在120℃和催化剂的作用下可以合成尿素，反应方程式为2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)。某实验小组向一个容积不变的真空密闭容器中充入CO2与NH3合成尿素，在恒定温度下，混合气体中NH3的体积分数随时间的变化关系如图所示(该条件下尿素为固体)。A点的正反应速率v正(CO2)___ (填“大于”“小于”或“等于”)B点的逆反应速率v逆(CO2)，NH3的平衡转化率为__。

(2)氨基甲酸铵(NH2COONH4)是合成尿素过程的中间产物，现 将体积比为2∶1的NH3和CO2混合气体充入一个容积不变的真空密闭容器中，在恒定温度下使其发生反应并达到平衡：2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)。实验测得在不同温度下的平衡数据如下表：

温度(℃)	15.0	20.0	25.0	30.0	35.0
平衡气体总浓度 (10-3mol·L-1)	2.4	3.4	4.8	6.8	9.6

①上述反应的焓变：ΔH__0，熵变ΔS__0(填“>”“<”或“=”)。

②下列说法能说明上述反应建立化学平衡状态的是_______。

A.混合气体的平均相对分子质量不再发生变化

B.混合气体中NH3与CO2的浓度之比不再发生变化

C.混合气体的密度不再发生变化 D.v正(NH3)=2v逆(CO2)

③根据表中数据，列出25.0℃时该反应的化学平衡常数的计算式K=_____(不要求计算结果)，该反应温度每升高10℃，化学平衡常数就变为原来的______倍。

Answer 1

【答案】大于 75% < < C、D

【解析】

(1)图象分析氨气的体积分数从50%变化为20%后体积分数保持不变，说明B点反应达到平衡状态，A点氨气体积百分含量大于B的氨气体积百分含量，说明反应正向进行达到平衡状态，A点的正反应速率大于B点的正反应速率；依据氨气的体积分数结合平衡三段式列式计算平衡转化率；

(2)①根据表中的数据温度越高，则平衡气体的总浓度越大，所以升高温度，平衡逆向移动，正反应反应是放热反应；反应物是气体，产物是固体，该反应是熵减小的过程；

②反应2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)达到平衡状态的判断要紧扣平衡状态的特征，同一反应物或生成物表示的正、逆反应速率相等或反应体系各物质的量不再随时间变化而变化；此反应的特征时生成物为固体，从反应物开始进行时反应物的变化量与起始量的比值相等，始终保持不变，另外混合气体的组分也始终保持不变，即混合气体的平均相对分子质量操持不变，无法确定是否是平衡状态；

③根据平衡三段式计算各物质的平衡浓度，再根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积进行列式；结合表格判断每升高10℃判断平衡常数的变化规律。

(1)氨气的体积分数从50%变化为20%后体积分数保持不变，说明B点反应达到平衡状态，A点氨气体积百分含量大于B的氨气体积百分含量，说明反应正向进行达到平衡状态，A点的正反应速率大于B点的正反应速率，故v正(CO2)＞v逆(CO2)；

设氨气消耗物质的量x，开始氨气体积分数为50%，假设氨气为50mol，二氧化碳为50mol，

CO2 + 2NH3(NH2)2CO+H2O

起始量(mol) 50 50 0 0

变化量(mol) 0.5x x 0.5x 0.5x

平衡量(mol) 50-0.5x 50-x 0.5x 0.5x

氨气的体积分数==20%；解得x=37.5mol；氨气的平衡转化率=×100%=75%；

(2)①根据表中的数据温度越高，则平衡气体的总浓度越大，所以升高温度，平衡逆向移动，正反应反应是放热反应，故△H＜0；反应物是气体，产物是固体，该反应是熵减小的过程，即，△S＜0；

②反应2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)中，开始加入的NH3与CO2物质的量之比为2：1，而反应消耗的NH3与CO2物质的量之比也是2：1，因此反应的任意时刻二者物质的量之比是2：1，因此浓度之比2：1不能作为平衡的标志．由于NH2COONH4为固体，气体只有NH3和CO2，并且无论是否平衡，二者的物质的量之比不变，则平均相对分子质量不变，所以平均相对分子质量不能作为平衡的标志；随反应的进行，气体质量减小，达到平衡时，质量不再发生变化，反应过程容器体积不变，因此密度可作为平衡的标志，因此C、D符合题意；故答案为：C、D；

③反应NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)，设二氧化碳浓度的变化量x，

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

初始浓度 0 0

变化浓度：2x x

平衡浓度：2x x

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

根据表中数据分析，反应每升高10℃，平衡时气体的总浓度就变为原来的2倍，化学平衡常数就变为原来的倍。