Question

13．尿素是蛋白質代謝的產物，也是重要的化學肥料．工業合成尿素反應如下：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）
（1）在一個真空恒容密閉容器中充入CO₂和NH₃發生上述反應合成尿素，恒定溫度下混合氣體中的氨氣含量如圖所示．A點的正反應速率v_正（CO₂）＞B點的逆反應速率v_逆（CO₂）（填“＞”、“＜”或“=”）；氨氣的平衡轉化率為75%．
（2）氨基甲酸銨是合成尿素的一種中間產物．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生下列反應并達到平衡：
2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂COONH₄（s） 關于上述反應的平衡狀態下列說法正確的是C
A．分離出少量的氨基甲酸銨，反應物的轉化率將增大
B．平衡時降低體系溫度，CO₂的體積分數下降
C．NH₃的轉化率始終等于CO₂的轉化率
D．加入有效的催化劑能夠提高氨基甲酸銨的產率．

Answer 1

分析 （1）圖象分析氨氣的體積分數從50%變化為20%后體積分數保持不變，說明B點反應達到平衡狀態，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，A點的正反應速率大于B點的正反應速率；依據氨氣的體積分數結合平衡三段式列式計算平衡轉化率；
（2）A．因為氨基甲酸銨為固體，分離出少量的氨基甲酸銨，平衡不移動；
B．氨基甲酸銨為固體，所以NH₃和CO₂始終為2：1；
C．因為體積比為2：1的NH₃和CO₂混合氣體充入反應，NH₃和CO₂又按照2：1的消耗，所以NH₃的轉化率始終等于CO₂的轉化率；
D．催化劑只改變速率，不改變平衡移動，由此進行判斷．

解答 解：（1）氨氣的體積分數從50%變化為20%后體積分數保持不變，說明B點反應達到平衡狀態，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，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）；
設氨氣為50mol，二氧化碳為50mol，氨氣消耗的物質的量x，開始氨氣體積分數為50%，則
             2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）
起始量（mol） 50       50        0               0
變化量（mol） x     0.5x        0.5x             0.5x
平衡量（mol） 50-x   50-0.5x    0.5x             0.5x
平衡時氨氣的體積分數為20%，故$\frac{50-x}{50-0.5x+50-x+0.5x}$=20%；解得x=37.5mol，
故氨氣的平衡轉化率=$\frac{37.5mol}{50mol}$=75%，
故答案為：＞；75%；
（2）A．因為氨基甲酸銨為固體，分離出少量的氨基甲酸銨，平衡不移動，所以反應物的轉化率不變，故A錯誤；
B．平衡時降低體系溫度，平衡向放熱方向即正反應方向移動，又氨基甲酸銨為固體，所以NH₃和CO₂始終為2：1，則CO₂的體積分數不變，故B錯誤；
C．因為體積比為2：1的NH₃和CO₂混合氣體充入反應，NH₃和CO₂又按照2：1的消耗，所以NH₃的轉化率始終等于CO₂的轉化率，故C正確；
D．催化劑只改變速率，不改變平衡移動，所以加入有效的催化劑不能夠提高氨基甲酸銨的產率，故D錯誤；
故選：C．

點評 本題考查化學反應速率及轉化率的相關計算、化學平衡的移動原理等知識，難度中等．