Question

6．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(yīng)用．
（1）NH₃和CO₂在120℃和催化劑的作用下可以合成尿素，反應(yīng)方程式為2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）．
某實(shí)驗(yàn)小組向一個(gè)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?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示（該條件下尿素為固體）．
A點(diǎn)的正反應(yīng)速率v_正（CO₂）大于（填“大于”“小于”或“等于”）B點(diǎn)的逆反應(yīng)速率v_逆（CO₂），NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率為75%．
（2）氨基甲酸銨（NH₂COONH₄）是合成尿素過(guò)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(gè)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(yīng)并達(dá)到平衡：2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）．
實(shí)驗(yàn)測(cè)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(yīng)的焓變：△H＜0，熵變△S＜0（填“＞”“＜”或“=”）．
②下列說(shuō)法能說(shuō)明上述反應(yīng)建立化學(xué)平衡狀態(tài)的是CD．
A．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)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(shí)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算式K=$\frac{1}{（3.2×1{0}^{-3}）^{2}×（1.6×1{0}^{-3}）}$（不要求計(jì)算結(jié)果），該反應(yīng)溫度每升高10℃，化學(xué)平衡常數(shù)就變?yōu)樵瓉?lái)的2倍．
④溫度一定時(shí)，向上述容器中再按照NH₃和CO₂物質(zhì)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(dòng)，該平衡中NH₃的濃度與原平衡時(shí)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?jǐn)?shù)從50%變化為20%后體積分?jǐn)?shù)保持不變，說(shuō)明B點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A點(diǎn)氨氣體積百分含量大于B的氨氣體積百分含量，說(shuō)明反應(yīng)正向進(jìn)行達(dá)到平衡狀態(tài)，A點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于B點(diǎn)的正反應(yīng)速率；依據(jù)氨氣的體積分?jǐn)?shù)結(jié)合平衡三段式列式計(jì)算平衡轉(zhuǎn)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(dòng)，正反應(yīng)反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
反應(yīng)物是氣體，產(chǎn)物是固體，該反應(yīng)是熵減小的過(guò)程；
②反應(yīng)2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）達(dá)到平衡狀態(tài)的判斷要緊扣平衡狀態(tài)的特征，同一反應(yīng)物或生成物表示的正、逆反應(yīng)速率相等或
反應(yīng)體系各物質(zhì)的量不再隨時(shí)間變化而變化；此反應(yīng)的特征時(shí)生成物為固體，從反應(yīng)物開(kāi)始進(jìn)行時(shí)反應(yīng)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(duì)分子質(zhì)量操持不變，無(wú)法確定是否是平衡狀態(tài)；
③根據(jù)平衡三段式計(jì)算各物質(zhì)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(yīng)物的濃度冪之積進(jìn)行列式；結(jié)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(yīng)物的濃度，相當(dāng)于容器體積減小，促進(jìn)平衡向氣體化學(xué)計(jì)量數(shù)和小的一方移動(dòng)，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?jǐn)?shù)從50%變化為20%后體積分?jǐn)?shù)保持不變，說(shuō)明B點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A點(diǎn)氨氣體積百分含量大于B的氨氣體積百分含量，說(shuō)明反應(yīng)正向進(jìn)行達(dá)到平衡狀態(tài)，A點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于B點(diǎn)的正反應(yīng)速率，故v_正（CO₂）＞v_逆（CO₂）；
設(shè)氨氣消耗物質(zhì)的量x，開(kāi)始氨氣體積分?jǐn)?shù)為50%，假設(shè)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?jǐn)?shù)=$\frac{50-x}{50-0.5x+50-x+0.5x}$=20%；解得x=37.5mol，
氨氣的平衡轉(zhuǎn)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(dòng)，正反應(yīng)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故△H＜0；
反應(yīng)物是氣體，產(chǎn)物是固體，該反應(yīng)是熵減小的過(guò)程，即，△S＜0，故答案為：＜；＜；
②反應(yīng)2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）中，開(kāi)始加入的NH₃與CO₂物質(zhì)的量之比為2：1，而反應(yīng)消耗的NH₃與CO₂物質(zhì)的量之比也是2：1，因此反應(yīng)的任意時(shí)刻二者物質(zhì)的量之比是2：1，因此濃度之比2：1不能作為平衡的標(biāo)志．由于NH₂COONH₄為固體，氣體只有NH₃和CO₂，并且無(wú)論是否平衡，二者的物質(zhì)的量之比不變，則平均相對(duì)分子質(zhì)量不變，所以平均相對(duì)分子質(zhì)量不能作為平衡的標(biāo)志．隨反應(yīng)的進(jìn)行，氣體質(zhì)量減小，達(dá)到平衡時(shí)，質(zhì)量不再發(fā)生變化，反應(yīng)過(guò)程容器體積不變，因此密度可作為平衡的標(biāo)志，因此C、D符合題意；故答案為：C、D；
③反應(yīng)NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g），設(shè)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(yīng)每升高10℃，則平衡時(shí)氣體的總濃度就變?yōu)樵瓉?lái)的2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(yīng)物的量，相當(dāng)于減小容器體積，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，但根據(jù)勒夏特列原理，重新平衡時(shí)NH₃的濃度比原平衡時(shí)NH₃濃度大，故答案為：向右；前者大．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的移動(dòng)原理、平衡常數(shù)的計(jì)算、勒夏特列原理應(yīng)用等知識(shí)，易錯(cuò)點(diǎn)是化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算及判斷兩個(gè)不同平衡狀態(tài)下NH₃的濃度，綜合性較大，難度中等．