Question

尿素[CO（NH₂）₂]是首個由無機物人工合成的有機物．工業上合成尿素的反應如下：
2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（I）+H₂O（I）△H＜0．回答下列問題：
（1）已知工業上合成尿素分兩步進行，相關反應如下：
反應Ⅰ.2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）△H₁＜0
反應Ⅱ．NH₂COONH₄（s）?CO（NH₂）₂（I）+H₂O（I）△H₂＞0
下列示意圖1中[a表示2NH₃（g）+CO₂（g），b表示NH₃COONH₄（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）

 

．
（2）某實驗小組模擬工業上合成尿素的條件，在恒定溫度下，將氨氣和二氧化碳按2：1的物質的量之比充入一體積為10L的密閉容器中（假設容器體積不變，生成物的體積忽略不計），經20min達到平衡，各物質濃度的變化曲線如下圖2所示．
①在上述條件下，從反應開始至20min時，二氧化碳的平均反應速率為

 

．
②為提高尿素的產率，下列可以采取的措施有

 

．
A．縮小反應容器的容積B．升高溫度
C．平衡體系中及時分離出CO（NH₂）₂D．使用合適的催化劑
③該反應的平衡常數表達式K=

 

；若升高體系的溫度，容器中NH₃的體積分數將

 

（填“增加”、“減小”或“不變”）．
④若保持平衡的溫度和壓強不變，再向容器中充入3mol的氨氣，則此時v_正

 

v_逆（填“＞”“=”或“＜”），判斷理由

 

．
若保持平衡的溫度和體積不變，25min時再向容器中充入2mol氨氣和1mol二氧化碳，在40min時重新達到平衡，請在上圖中畫出25～50min內氨氣的濃度變化曲線．

Answer 1

分析：（1）根據反應物和生成物的能量高低與反應吸放熱之間的關系來判斷；
（2）①根據化學反應速率等于單位時間內物質濃度的變化量來計算；
②根據影響化學平衡移動的因素來回答判斷；
③化學平衡常數表達式=

生成物平衡濃度系數次冪的乘積

反應物平衡濃度系數次冪的乘積

來書寫；升高溫度，化學平衡向著吸熱方向進行；
④若保持平衡的溫度和壓強不變，再向容器中充入3mol的氨氣，此時各物質的濃度減小，根據濃度商規則來進行回答；根據等效平衡知識來作圖．

解答：解：（1）當反應物的能量高于生成物的能量時，反應是放熱反應，當反應物的能量低于生成物的能量時，反應是吸熱反應，據反應Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）△H₁＜0
反應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．
（2）①從反應開始至20min時，二氧化碳的平均反應速率=

0.3mol/L-0.1mol/L

20min

=0.01mol/（L?min），故答案為：0.01mol/（L?min）；
②為提高尿素的產率，可以是化學平衡向著正反應方向進行，
A．縮小反應容器的容積，即增大壓強，化學平衡正向移動，故A正確；
B．升高溫度，化學平衡2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）△H₁＜0逆向移動，故B錯誤；
C．平衡體系中及時分離出CO（NH₂）₂會增大產率，故C正確
D．使用合適的催化劑，不會引起平衡的移動，故D錯誤．
故選AC．
③該反應的平衡常數表達式K=

1

c(NH3)?c(CO2)2

，反應的產物是液態，只有反應物是氣態，若升高體系的溫度，容器中NH₃的體積分數不會改變，故答案為：

1

c(NH3)?c(CO2)2

；不變；
④若保持平衡的溫度和壓強不變，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改變，分別為0.25mol/Lhe 0.05mol/L，此時

1

c(NH3)?c(CO2)2

＞K，平衡會向逆反應方向移動，所以逆反應速率大，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

1

c(NH3)?c(CO2)2

＞K，平衡會向逆反應方向移動，逆反應速率大于正反應速率；25min時再向容器中充入2mol氨氣和1mol二氧化碳，在40min時重新達到平衡，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：＞；．

點評：本題是一道關于化學反應速率和化學平衡移動的總合考查題，考查學生分析和解決問題的能力，難度答．