Question

9．二氧化碳和氨是重要的化工產(chǎn)品，是純堿工業(yè)、制造硝酸、銨鹽和氮肥等的原料．
（1）CO₂的電子式是．
（2）以NH₃與CO₂為原料合成尿素[化學(xué)式為CO（NH₂）₂]的主要反應(yīng)如下：
①2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-l59.5kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ•mol^-1
③H₂O（1）═H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-1
寫出CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；
（3）NH₃和O₂在鉑系催化劑作用下從145℃就開(kāi)始反應(yīng)：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ•mol^-1不同溫度下NO產(chǎn)率如下圖1所示，由此圖可知溫度對(duì)NO產(chǎn)率的影響規(guī)律為145℃到900℃時(shí)，NO產(chǎn)率隨溫度升高而增大，請(qǐng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡理論解釋其原因：溫度高于900℃時(shí)，平衡向左移動(dòng)．

（4）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃組成的燃料電池裝置如圖2所示，在使用過(guò)程中石墨I(xiàn)電極反應(yīng)生成一種氧化物Y，有關(guān)石墨I(xiàn)電極反應(yīng)可表示為NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅．
（5）已知常溫下NH₃•H₂O的電離平衡常數(shù)K=1.75×10^-5，H₂CO₃的電離平衡常數(shù)K₁=4.4×10^-7，K₂=4.7×10^-11． 常溫下，用氨水吸收CO₂可得到NH₄HCO₃溶液，NH₄HCO₃溶液顯堿性（填“酸性”、“中性”或“堿性”）；計(jì)算反應(yīng)NH₄⁺+HCO₃^-+H₂O?NH₃•H₂O+H₂CO₃的平衡常數(shù)K=1.3×10^-3（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）二氧化碳是碳原子和氧原子間通過(guò)共價(jià)雙鍵形成的非極性分子；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算①+②-③得到CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（3）145℃到900℃時(shí)，NO產(chǎn)率隨溫度升高而增大；對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度升高，則化學(xué)平衡向逆向移動(dòng)；
（4）燃料原電池中，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；先根據(jù)化合價(jià)判斷生成氧化物N₂O₅的電極，再根據(jù)離子的放電順序?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式；
（5）根據(jù)鹽類水解規(guī)律，已知NH₃．H₂O的電離平衡常數(shù)K=1.75×10^-5，H₂CO₃的電離平衡常數(shù)K₁=4.4×10^-7，K₂=4.7×10^-11，越弱越水解判斷；反應(yīng)NH₄⁺+HCO₃^-+H₂O═NH₃．H₂O+H₂CO₃的平衡常數(shù)K=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}_{2}C{O}_{3}）}{c（N{H}_{4}^{+}）c（HC{O}_{3}^{-}）}$=$\frac{c（{H}^{+}）c（O{H}^{-}）}{K（N{H}_{3}•{H}_{2}O）{K}_{1}}$進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）二氧化碳是碳原子和氧原子間通過(guò)共價(jià)雙鍵形成的非極性分子，碳原子和氧原子均達(dá)到了8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，故答案為：；
（2）①2NH₃（g）+CO₂（g）=NH₂CO₂ NH₄（s）△H=+l59.5kJ•mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=-116.5kJ•mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=-44.0kJ•mol^-1
依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算①+②-③得到CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0KJ/mol；
（3）145℃到900℃時(shí)，NO產(chǎn)率隨溫度升高而增大；對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度升高，則化學(xué)平衡向逆向移動(dòng)，所以氨氣的產(chǎn)率減小，
故答案為：145℃到900℃時(shí)，NO產(chǎn)率隨溫度升高而增大；溫度高于900℃時(shí)，平衡向左移動(dòng)；
（4）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃組成的燃料電池裝置如下圖所示，在使用過(guò)程中石墨I(xiàn)電極反應(yīng)生成一種氧化物Y，二氧化氮在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，元素化合價(jià)升高為+5價(jià)，氧化物為N₂O₅，反應(yīng)的電極反應(yīng)為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；
故答案為：NO₂+NO₃^--e^-=N₂O₅；
（5）根據(jù)鹽類水解規(guī)律，已知NH₃．H₂O的電離平衡常數(shù)K=1.75×10^-5，H₂CO₃的電離平衡常數(shù)K₁=4.4×10^-7，K₂=4.7×10^-11，所以碳酸氫根的水解程度更大，所以NH₄HCO₃顯堿性；反應(yīng)NH₄⁺+HCO₃^-+H₂O═NH₃．H₂O+H₂CO₃的平衡常數(shù)K=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}_{2}C{O}_{3}）}{c（N{H}_{4}^{+}）c（HC{O}_{3}^{-}）}$=$\frac{c（{H}^{+}）c（O{H}^{-}）}{K（N{H}_{3}•{H}_{2}O）{K}_{1}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1.75×1{0}^{-5}×4.4×1{0}^{-7}}$=1.3×10^-3；
故答案為：堿性；1.3×10^-3．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電子式、蓋斯定律的應(yīng)用、電化學(xué)和弱電解質(zhì)的電離平衡，綜合性較強(qiáng)，但難度較大．