Question

7．已知反應：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）

回答下列問題：
（1）合成尿素所制原料氣H₂、CO的合適體積比是3：1
（2）該反應的平衡常數表達式為K=$\frac{c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）．c（C{O}_{2}）}$
（3）在恒溫、恒容條件下，該反應一定達到平衡狀態的是CD（填字母代號）
A．消耗NH₃的物質的量的生成H₂O的物質的量之比為2：1
B．c（NH₃）：c（CO₂）：c（H₂O）=2：1：1
C．氣體密度不再變化   
D．氣體壓強不再變化
（4）假設該反應達到平衡后，縮小容器體積但保持溫度不變，平衡向正反應（填“正反應”或“逆反應”）方向移動，但混合氣體的平均相對分子質量不變則起始時NH₃與CO₂的體積之比為14：13
（5）假設該反應達到平衡后，保持容器體積和溫度不變，充入一定量的氯化氫氣體，平衡向逆反應（填“正反應”或“逆反應”）方向移動，混合氣體的平均相對分子質量增大（填“增大”、“減小”或“不變”）

Answer 1

分析 （1）合成氨反應方程式為3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）、2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）、CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g），將這三個方程式相加得3H₂（g）+N₂（g）+CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O，據此判斷H₂、CO的合適體積比；
（2）該反應的平衡常數表達式為K=$\frac{c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）．c（C{O}_{2}）}$；
（3）可逆反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，反應體系中各物質的物質的量不變、物質的量濃度不變、百分含量不變以及由此引起的一系列物理量不變；
（4）增大壓強平衡向氣體體積減小的方向移動；
由于該反應中，氣體每減小2mol，生成1molCO（NH₂）₂是固體，氣體質量減小60g，即減少的混合氣體的平均相對分子質量為30，當起始混合氣體的相對分子質量為30時，平衡正向移動，但混合氣體的平均相對分子質量始終為30，所以加壓時混合氣體的平均相對分子質量不變；
（5）HCl和氨氣生成氯化銨，平衡逆向移動；混合氣體的相對分子質量增大．

解答 解：（1）合成氨反應方程式為3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）、2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）、CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO₂（g），將這三個方程式相加得3H₂（g）+N₂（g）+CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O，根據方程式知H₂、CO的合適體積比為3：1，
故答案為：3：1；
（2）該反應的平衡常數表達式為K=$\frac{c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）．c（C{O}_{2}）}$，故答案為：$\frac{c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）．c（C{O}_{2}）}$；
（3）A．無論反應是否達到平衡狀態都存在消耗NH₃的物質的量的生成H₂O的物質的量之比為2：1，不能據此判斷平衡狀態，故錯誤；
B．當c（NH₃）：c（CO₂）：c（H₂O）=2：1：1時該反應不一定達到平衡狀態，與反應物初始濃度及轉化率有關，故錯誤；
C．反應前后氣體質量改變、容器體積不變，所以氣體密度改變，當氣體密度不再變化時正逆反應反應速率相等，該反應達到平衡狀態，故正確；
D．該反應前后氣體計量數之和不等，當氣體壓強不再變化時，正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態，故正確；
故選CD；
（4）該反應的正反應是反應前后氣體體積減小的可逆反應，增大壓強平衡向氣體體積減小的方向移動，所以向正反應方向移動；
由于該反應中，氣體每減小2mol，生成1molCO（NH₂）₂是固體，氣體質量減小60g，即減少的混合氣體的平均相對分子質量為30，當起始混合氣體的相對分子質量為30時，平衡正向移動，但混合氣體的平均相對分子質量始終為30，設NH₃與CO₂的物質的量分別是x、y，其平均摩爾質量=$\frac{17x+44y}{x+y}g/mol=30g/mol$，x：y=14：13，
故答案為：正反應；14：13；
（5）HCl和氨氣生成氯化銨，平衡逆向移動；二氧化碳相對分子質量大于水蒸氣，所以混合氣體的相對分子質量增大，故答案為：逆反應；增大．

點評 本題考查化學平衡計算、化學平衡狀態判斷、化學平衡影響因素等知識點，較綜合，難點是（4）題計算，題目難度中等．