Question

合成氨尿素工業(yè)生產(chǎn)過程中涉及到的物質(zhì)轉化過程如下圖所示．

（1）天然氣在高溫、催化劑作用下與水蒸氣反應生成H₂和CO的化學方程式為______．
（2）在合成氨生產(chǎn)中，將生成的氨及時從反應后的氣體中分離出來．運用化學平衡的知識分析這樣做的是否有利于氨的合成，說明理由：______．
（3）如圖為合成氨反應在不同溫度和壓強、使用相同催化劑條件下，初始時氮氣、氫氣的體積比為1：3時，平衡混合物中氨的體積分數(shù)．

①若分別用υ_A（NH₃）和υ_B（NH₃） 表示從反應開始至達平衡狀態(tài)A、B時的化學反應速率，則υ_A（NH₃）______υ_B（NH₃）（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在相同溫度、當壓強由p₁變?yōu)閜₃時，合成氨反應的化學平衡常數(shù)______．（填“變大”、“變小”或“不變”）．
③在250℃、1.0×10⁴kPa下，H₂的轉化率為______%（計算結果保留小數(shù)點后1位）．
（4）NH₃（g） 與CO₂（g） 經(jīng)過兩步反應生成尿素，兩步反應的能量變化示意圖如下：

NH₃（g） 與CO₂（g） 反應生成尿素的熱化學方程式為______．
（5）運輸氨時，不能使用銅及其合金制造的管道閥門．因為，在潮濕的環(huán)境中，金屬銅在有NH₃存在時能被空氣中的O₂氧化，生成Cu（NH₃）₄²⁺，該反應的離子方程式為______．

Answer 1

解：（1）甲烷與水蒸氣反應生成一氧化碳和氫氣，該反應為CH₄+H₂OCO+3H₂，故答案為：CH₄+H₂OCO+3H₂；
（2）減少生成物的濃度，化學平衡正向移動，所以移走氨氣，減小生成物濃度，平衡右移，有利于氨生成，故答案為：移走氨氣，減小生成物濃度，平衡右移，有利于氨生成；
（3）①溫度越大，壓強越大，反應速率越大，由圖可知，B對應的溫度、壓強大，則反應速率大，故答案為：＜；
②化學平衡常數(shù)只與溫度有關，顯然溫度不變，則化學平衡常數(shù)K不變，故答案為：不變；
③在250℃、1.0×10⁴kPa下，氨氣的體積分數(shù)為50%，則
       N₂+3H₂?2NH₃
開始    1   3    0
轉化    x    3x  2x
平衡  1-x   3-3x  2x
所以=50%，解得x=，則氫氣的轉化率為×100%=66.7%，故答案為：66.7；
（4）由圖示可知，兩步反應的完成的熱效應與一步完成的熱效應是相同的，將兩個反應相加可得2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol，
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol；
（5）銅在有NH₃存在時能被空氣中的O₂氧化，生成Cu（NH₃）₄²⁺，該離子反應為2Cu+8NH₃+O₂+2H₂O═2Cu（NH₃）₄²⁺+4OH^-，故答案為：2Cu+8NH₃+O₂+2H₂O═2Cu（NH₃）₄²⁺+4OH^-．
分析：（1）甲烷與水蒸氣反應生成一氧化碳和氫氣；
（2）減少生成物的濃度，化學平衡正向移動；
（3）①溫度越大，壓強越大，反應速率越大；
②化學平衡常數(shù)只與溫度有關；
③在250℃、1.0×10⁴kPa下，氨氣的體積分數(shù)為50%，則
       N₂+3H₂?2NH₃
開始    1   3    0
轉化    x    3x  2x
平衡  1-x   3-3x  2x
所以=50%，以此計算轉化率；
（4）由圖示可知，兩步反應的完成的熱效應與一步完成的熱效應是相同的；
（5）銅在有NH₃存在時能被空氣中的O₂氧化，生成Cu（NH₃）₄²⁺，以此書寫離子反應．
點評：本題考查制備實驗方案的設計，綜合性較強，題目難度較大，涉及化學平衡及計算、離子反應、氧化還原反應，熱化學反應等高考常考考點，注重學生能力的訓練，把握圖象及數(shù)據(jù)處理即可解答．