Question

6．氨氣是一種重要的化工原料，在工農業(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）大于（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75%．
（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：△H＜0，熵變△S＜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CD．
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=$\frac{1}{（3.2×1{0}^{-3}）^{2}×（1.6×1{0}^{-3}）}$（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?倍．
④溫度一定時，向上述容器中再按照NH₃和CO₂物質的量之比為2：1充入一定量的混合氣體，平衡向右（填“向左”“向右”或“不”）移動，該平衡中NH₃的濃度與原平衡時NH₃濃度相比前者大（填“前者大”“后者大”或“相等”）．

Answer 1

分析 （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)分析：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，另外混合氣體的組份也始終保持不變，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；
④同等比例增大兩種反應物的濃度，相當于容器體積減小，促進平衡向氣體化學計量數(shù)和小的一方移動，根據(jù)勒夏特列原理比較NH₃的濃度的大�。�

解答 解：（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)=$\frac{50-x}{50-0.5x+50-x+0.5x}$=20%；解得x=37.5mol，
氨氣的平衡轉化率=$\frac{37.5mol}{50mol}$×100%=75%，
故答案為：大于；75%；
（2）①根據(jù)表中的數(shù)據(jù)分析：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，故答案為：＜；＜；
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=$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）•c（C{O}_{2}）}$=$\frac{1}{（3.2×1{0}^{-3}）^{2}×（1.6×1{0}^{-3}）}$，
根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析，反應每升高10℃，則平衡時氣體的總濃度就變?yōu)樵瓉淼?倍，
故答案為：$\frac{1}{（3.2×1{0}^{-3}）^{2}×（1.6×1{0}^{-3}）}$；2；
④在恒溫、恒容條件下，同等比例增加反應物的量，相當于減小容器體積，增大壓強平衡正向移動，但根據(jù)勒夏特列原理，重新平衡時NH₃的濃度比原平衡時NH₃濃度大，故答案為：向右；前者大．

點評 本題考查化學反應速率、化學平衡的移動原理、平衡常數(shù)的計算、勒夏特列原理應用等知識，易錯點是化學平衡常數(shù)的計算及判斷兩個不同平衡狀態(tài)下NH₃的濃度，綜合性較大，難度中等．