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）T1℃时，在2L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__________________.

（2）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υ(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】 x增大，相当于c(NH3)增大，CO2转化率增大 0.15 mol·L-1·min-1 0.074 3 mol·L-1

【解析】（1）增大反应物浓度，平衡正向进行，α随着x增大而增大的原因是:x增大，相当于c(NH3)增大，CO2转化率增大；（2）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a，氨气物质的量为2a，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，

2NH3（g）+CO2（g）CO(NH2)2 （l）+H2O（l），

起始量/mol 2a a 0 0

变化量/mol 3 1.5 1.5 1.5

平衡量/mol 2a-3 a-1.5 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，2a－3+a-1.5=2/3×（2a+a）a=4.5mol,二氧化碳反应速率V=△c/△t=1.5mol/（2L×5min）=0.15mol·L－1·min－1，平衡时氨气的浓度=（2×4.5mol-3mol）/2L=3mol·L－1，CO2的浓度=（4.5mol－1.5mol)/2L=1.5mol·L－1,平衡常数K=1/(33×1.5)=0.074，达到平衡后NH3的物质的量浓度=（2×4.5mol-3mol）/2L=3mol·L－1。