Question

17．尿素[CO（NH₂）₂]是首個(gè)由無機(jī)物人工合成的有機(jī)物．工業(yè)上合成尿素的反應(yīng)如下：
2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（I）+H₂O（I）△H＜0．回答下列問題：
（1）已知工業(yè)上合成尿素分兩步進(jìn)行，相關(guān)反應(yīng)如下：
反應(yīng)Ⅰ.2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）△H₁＜0
反應(yīng)Ⅱ．NH₂COONH₄（s）?CO（NH₂）₂（I）+H₂O（I）△H₂＞0
下列（A-D）示意圖中[a表示2NH₃（g）+CO₂（g），b表示NH₂COONH₄（s），c表示CO（NH₂）₂（l）+H₂O（l）]，能正確表示尿素合成過程中能量變化曲線是（填序號(hào)）C．

（2）某實(shí)驗(yàn)小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件，在恒定溫度下，將氨氣和二氧化碳按2：1的物質(zhì)的量之比充入一體積為10L的密閉容器中（假設(shè)容器體積不變，生成物的體積忽略不計(jì)），經(jīng)20min達(dá)到平衡，各物質(zhì)濃度的變化曲線如圖E所示．
①在上述條件下，從反應(yīng)開始至20min時(shí)，二氧化碳的平均反應(yīng)速率為0.01mol/（L•min）．
②為提高尿素的產(chǎn)率，下列可以采取的措施有AC．
A．縮小反應(yīng)容器的容積B．升高溫度
C．平衡體系中及時(shí)分離出CO（NH₂）₂
D．使用合適的催化劑
③該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{1}{c（N{H}_{3}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}$；若升高體系的溫度，容器中NH₃的體積分?jǐn)?shù)將不變（填“增加”、“減小”或“不變”）．
④若保持平衡的溫度和壓強(qiáng)不變，再向容器中充入3mol的氨氣，則此時(shí)v_正＜v_逆（填“＞”“=”或“＜”），判斷理由再向容器中充入3mol的氨氣，體系的體積變大，氨氣和二氧化碳的濃度分別為0.25mol/Lhe 0.05mol/L，此時(shí) $\frac{1}{c（N{H}_{3}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}$＞K，平衡會(huì)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率．
⑤若保持平衡的溫度和體積不變，25min時(shí)再向容器中充入2mol氨氣和1mol二氧化碳，在40min時(shí)重新達(dá)到平衡，請(qǐng)?jiān)趫DE中畫出25～50min內(nèi)氨氣的濃度變化曲線．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應(yīng)物和生成物的能量高低與反應(yīng)吸放熱之間的關(guān)系來判斷；
（2）①根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率等于單位時(shí)間內(nèi)物質(zhì)濃度的變化量來計(jì)算；
②根據(jù)影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素來回答判斷；
③化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$來書寫；升高溫度，化學(xué)平衡向著吸熱方向進(jìn)行；
④若保持平衡的溫度和壓強(qiáng)不變，再向容器中充入3mol的氨氣，此時(shí)各物質(zhì)的濃度減小，根據(jù)濃度商規(guī)則來進(jìn)行回答；
⑤根據(jù)等效平衡知識(shí)來作圖，25min時(shí)再向容器中充入2mol氨氣和1mol二氧化碳，在40min時(shí)重新達(dá)到平衡，則建立的是等效平衡，氨氣的平衡濃度保持不變．

解答 解：（1）當(dāng)反應(yīng)物的能量高于生成物的能量時(shí)，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)物的能量低于生成物的能量時(shí)，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，據(jù)反應(yīng)Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）△H₁＜0
反應(yīng)Ⅱ：NH₂COONH₄（s）?CO（NH₂）₂（I）+H₂O（I）△H₂＞0，可以知道2NH₃（g）和CO₂（g）的能量和高于NH₂COONH₄（s）的能量，NH₂COONH₄（s）的能量低于CO（NH₂）₂（I）+H₂O（I）的能量，故選C，
故答案為：C；
（2）①?gòu)姆磻?yīng)開始至20min時(shí)，二氧化碳的平均反應(yīng)速率=$\frac{0.3mol/L-0.1mol/L}{20min}$=0.01mol/（L•min），
故答案為：0.01mol/（L•min）；
②為提高尿素的產(chǎn)率，可以是化學(xué)平衡向著正反應(yīng)方向進(jìn)行，
A．縮小反應(yīng)容器的容積，即增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，故A正確；
B．升高溫度，化學(xué)平衡2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）△H₁＜0逆向移動(dòng)，故B錯(cuò)誤；
C．平衡體系中及時(shí)分離出CO（NH₂）₂會(huì)增大產(chǎn)率，故C正確
D．使用合適的催化劑，不會(huì)引起平衡的移動(dòng)，故D錯(cuò)誤．
故選AC，故答案為：AC；
③該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}$，反應(yīng)的產(chǎn)物是液態(tài)，只有反應(yīng)物是氣態(tài)，若升高體系的溫度，容器中NH₃的體積分?jǐn)?shù)不會(huì)改變，
故答案為：$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}$；不變；
④若保持平衡的溫度和壓強(qiáng)不變，再向容器中充入3mol的氨氣，體系的體積變大，氨氣和二氧化碳的濃度會(huì)改變，分別為0.25mol/Lhe 0.05mol/L，此時(shí)$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}$＞K，平衡會(huì)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以逆反應(yīng)速率大，
故答案為：＜；再向容器中充入3mol的氨氣，體系的體積變大，氨氣和二氧化碳的濃度分別為0.25mol/Lhe 0.05mol/L，此時(shí)$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}$＞K，平衡會(huì)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率；
⑤25min時(shí)再向容器中充入2mol氨氣和1mol二氧化碳，在40min時(shí)重新達(dá)到平衡，則建立的是等效平衡，氨氣的平衡濃度保持不變，曲線如下：，
故答案為：＞；．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道關(guān)于化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動(dòng)的總合考查題，考查學(xué)生分析和解決問題的能力，題目難度中等．