Question

2．1905年德國化學家哈伯發(fā)明了合成氨的方法，他因此獲得了1918年度諾貝爾化學獎．氨的合成不僅解決了地球上因糧食不足而導致的饑餓與死亡問題，在國防、能源、輕工業(yè)方面也有廣泛用途．
Ⅰ．以氨為原料，合成尿素的反應原理為：
2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）△H=a kJ/mol．
為研究平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率與反應物投料比（$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（N{H}_{3}）}$）及溫度的關系，研究小組在10L恒容密閉容器中進行模擬反應，并繪出如圖（Ⅰ、Ⅱ曲線分別表示在不同投料比時，CO₂的轉(zhuǎn)化率與溫度之間的關系）．
（1）a＜ 0 （填“＞”或“＜”），判斷依據(jù)是投料比相同時，溫度越高，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越低，說明平衡向逆方向移動，正方向為放熱反應．
（2）①投料比：＜Ⅱ（填“＞”或“＜”）．
②若n（CO₂）起始=10mol，曲線Ⅱ的投料比為0.4，在100℃條件下發(fā)生反應，達平衡至A點，則A點與起始壓強比為5：7．
③A點平衡常數(shù)與B點平衡常數(shù)間的關系：K_A=K_B（填“＞”或“＜”或“=”）．B點正反應速率與C點正反應速率間的關系為：v_（B）＜v_（C）（填“＞”或“＜”或“=”）．
（3）若按曲線Ⅰ的投料比投料，在上述實驗中壓縮容器體積至5L，在圖中畫出反應達平衡時的二氧化碳的轉(zhuǎn)化率與溫度之間的關系曲線．
（4）為提高CO₂轉(zhuǎn)化率可以采取的措施是c．
a．使用催化劑 b．及時從體系中分離出部分CO（NH₂）₂c．將體系中的水蒸氣液化分離
氨氣可用于工業(yè)上生產(chǎn)硝酸，其尾氣中的NO₂可用氨水吸收生成硝酸銨，25℃時，將10molNH₄NO₃溶于水，溶液顯酸性，向該溶液中滴加1L某濃度的氨水，溶液呈中性，則滴加氨水的過程中水的電離平衡將逆向（填“正向”、“逆向”或“不”） 移動，此中性溶液中NH₃•H₂O的物質(zhì)的量為0.05mol．（25℃時，NH₃•H₂O的電離平衡常數(shù)K_b=2×10-5）

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）由圖可知，投料比相同時，溫度越高，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越低，說明平衡向逆方向移動正方向為放熱反應；
（2）①相同溫度下，固定容器中增大氨氣的量，可提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，由圖可得出投料比的大��；
②根據(jù)A點二氧化碳的轉(zhuǎn)化率計算出平衡時體系中氣體總物質(zhì)的量，利用物質(zhì)的量之比等于壓強之比解答；
③溫度相同，平衡常數(shù)相同；溫度越高，反應速率越大；
（3）按曲線Ⅰ的投料比投料，壓縮容器體積，平衡向氣體體積縮小的方向移動，即正方向移動，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，則在相同溫度下，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率同等程度高于投料Ⅰ，由此平滑的畫出曲線；
（4）平衡正向移動可提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率；
Ⅱ．NH₄NO₃溶于水，水解促進水的電離，向該溶液中滴加1L某濃度的氨水，溶液呈中性，則滴加氨水的過程中水的電離平衡將受到抑制；向該溶液中滴加1L稀氨水后溶液呈中性可知，c（OH^-）=10^-7mol/L，設平衡時NH₃•H₂O的物質(zhì)的量為x，溶液的體積為1L，根據(jù)電離平衡常數(shù)的定義計算．

解答 解：Ⅰ．（1）由圖可知，投料比相同時，溫度越高，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越低，說明平衡向逆方向移動，逆方向為吸熱反應，正方向為放熱反應，△H＜0，則a＜0，
故答案為：＜；投料比相同時，溫度越高，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越低，說明平衡向逆方向移動，正方向為放熱反應；
（2）①相同溫度下，投料Ⅰ時CO₂的轉(zhuǎn)化率高，投料Ⅱ的轉(zhuǎn)化率低，在固定容器中增大氨氣的量，可提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，說明反應物投料比$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（N{H}_{3}）}$是Ⅰ中的小，
故答案為：＜；
②若n（CO₂）起始=10mol，曲線Ⅱ的投料比為0.4，則n（NH₃）=$\frac{10mol}{0.4}$=25mol，達到平衡A點時，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為50%，則有三行式：
              2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）
起始量：25mol            10mol          0mol                  0mol
改變量：10mol             5mol           5mol                  5mol
平衡量：15mol             5mol           5mol                  5mol
則平衡時氣體總物質(zhì)的量為25mol，起始氣體總物質(zhì)的量為35mol，則A點與起始壓強比=物質(zhì)的量之比，即$\frac{25mol}{35mol}$=$\frac{5}{7}$，
故答案為：5：7；
③A點和B點的溫度相同，所以平衡常數(shù)相同；C點的溫度更高，所以C點正反應速率比B點的正反應速率高，
故答案為：=；＜；
（3）按曲線Ⅰ的投料比投料，壓縮容器體積，平衡向氣體體積縮小的方向移動，即正方向移動，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，則在相同溫度下，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率同等程度高于投料Ⅰ，由此平滑的畫出曲線：，
故答案為：；
（4）a．使用催化劑，平衡不移動，不能提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，故a錯誤；
b．及時從體系中分離出部分CO（NH₂）₂，尿素的濃度不變，平衡不移動，不能提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，故b錯誤；
c．將體系中的水蒸氣液化分離，減小生成物濃度，平衡正向移動，提高了二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，故c正確；
故答案為：c；
Ⅱ．NH₄NO₃溶于水，溶液顯酸性，是銨根的水解引起：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，水解促進水的電離，向該溶液中滴加1L某濃度的氨水，溶液呈中性，則滴加氨水的過程中水的電離平衡將受到抑制，即逆向移動，向該溶液中滴加1L稀氨水后溶液呈中性可知，c（OH^-）=10^-7mol/L，
設平衡時NH₃•H₂O的物質(zhì)的量為x，溶液的體積為1L，
則：NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-     
平衡時的濃度（mol/L ）：x             10      10^-7
由電離平衡常數(shù)可知：$\frac{10×1{0}^{-7}}{x}$=2×10^-5，x=0.05，
故答案為：逆向；0.05．

點評 本題考查化學平衡的影響因素以及弱電解質(zhì)的電離平衡等知識，綜合性較強，需要扎實的基礎知識和靈活解決問題的能力，注意三段式解題法的運用．