Question

4．氨是最重要的化工產(chǎn)品之一．
（1）已知合成氨的反應(yīng)是一個典型的可逆反應(yīng)，在一個一定容積的密閉容器中加入1mol 氮氣和3mol 氫氣，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)合成氨氣，當反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率達10%時，測得放出的熱量為9.24kJ，請寫出該條件下合成氨反應(yīng)的熱化學方式：  N₂（g）+3H₂（ g）═2NH₃（g）△H=-92.4 kJ•mol^-1 ．
（2）CO對合成氨的催化劑有毒害作用，常用乙酸二氨合銅（Ⅰ）溶液來吸收原料氣中CO，其反應(yīng)原理為
[Cu（NH₃）₂CH₃COO]（l）+CO（g）+NH₃（g）?[Cu（NH3）₃]CH₃COO•CO（l）△H＜0
通過下列哪種措施可提高CO的吸收效率A（填字母）
A．高壓     B．高溫    C．把[Cu（NH3）₃]CH₃COO•CO分離出去    D．增大CO濃度
吸收CO后的乙酸銅氨液經(jīng)過適當處理后又可再生，恢復其吸收CO的能力以供循環(huán)使用，再生的適宜條件是B．（填字母）
A．高溫、高壓    B．高溫、低壓    C．低溫、低壓    D．低溫、高壓
（3）用氨氣制取尿素[CO（NH₂）₂]的反應(yīng)為2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）△H＜0
某溫度下，向容積為100L的密閉容器中通入4molNH₃和2molCO₂，該反應(yīng)進行到40s時達到平衡，此時CO₂的轉(zhuǎn)化率為50%．該溫度下此反應(yīng)平衡常數(shù)K的值為2500．圖中的曲線表示該反應(yīng)在前25s內(nèi)的反應(yīng)進程中的NH₃濃度變化．若反應(yīng)延續(xù)至70s，保持其他條件不變情況下，請在圖中用實線畫出使用催化劑時該反應(yīng)的進程曲線．
（4）將尿素施入土壤后，大部分是通過轉(zhuǎn)化為碳酸銨或碳酸氫銨后才被作物所利用，尿素分子在微生物分泌的脲酶作用下，轉(zhuǎn)化為碳酸銨．已知弱電解質(zhì)在水中的電離平衡常數(shù)（25℃）如下表：

弱電解質(zhì)	H2CO3	NH3•H2O
電離平衡常數(shù)	Ka1=4.30×10-7	1.77×10-5
	Ka2=5.61×10-11

現(xiàn)有常溫下0.1mol•L-1的（NH₄）₂CO₃溶液，
①你認為該溶液呈堿（填“酸”、“中”或“堿”性），原因是由于NH₃•H₂O的電離平衡常數(shù)大于HCO₃^-的電離平衡常數(shù)，因此CO₃^2-水解程度大于NH₄⁺水解程度，溶液中c （OH^-）＞c（H⁺），溶液呈堿性．
②就該溶液中粒子之間有下列關(guān)系式，你認為其中不正確的是B．
A．c（NH₄⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H+）
B．c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（HCO₃^-）+c（OH^-）+c（CO₃^2-）
C．c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）=0.1mol•L^-1
D．c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=2c（CO₃^2-）+2c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）

Answer 1

分析 （1）在一個一定容積的密閉容器中加入1mol 氮氣和3mol 氫氣，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)合成氨氣，當反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率達10%時，反應(yīng)的氮氣為0.1mol，測得放出的熱量為9.24kJ，則反應(yīng)1molN₂放熱92.4KJ，結(jié)合熱化學方程式書寫方法，標注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應(yīng)反應(yīng)焓變寫出；
（2）[Cu（NH₃）₂CH₃COO]（l）+CO（g）+NH₃（g）?[Cu（NH3）₃]CH₃COO•CO（l）△H＜0，反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，提高CO的吸收效率需要平衡正向進行，結(jié)合化學平衡移動原理和平衡移動方向分析判斷需要的條件
（3）依據(jù)化學方程式和平衡常數(shù)K=$\frac{c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{2}（N{H}_{3}）}$，結(jié)合化學平衡三段式列式計算平衡濃度，計算平衡常數(shù)；依據(jù)催化劑的作用畫出圖象，曲線的轉(zhuǎn)折點在橫坐標40之前，縱坐標必需在20的線上；
（4）①依據(jù)弱電解質(zhì)電離平衡常數(shù)比較弱電解質(zhì)強弱，鹽類水解原理分析判斷溶液酸堿性；
②依據(jù)溶液中離子性質(zhì)，電荷守恒、物料守恒、離子濃度大小比較的方法分析選擇．

解答 解：（1）在一個一定容積的密閉容器中加入1mol 氮氣和3mol 氫氣，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)合成氨氣，當反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率達10%時，反應(yīng)的氮氣為0.1mol，測得放出的熱量為9.24kJ，則反應(yīng)1molN₂放熱92.4KJ，反應(yīng)的熱化學方程式為：N₂（g）+3H₂（ g）═2NH₃（g）△H=-92.4 kJ•mol^-1，
故答案為：N₂（g）+3H₂（ g）═2NH₃（g）△H=-92.4 kJ•mol^-1；
（2）[Cu（NH₃）₂CH₃COO]（l）+CO（g）+NH₃（g）?[Cu（NH3）₃]CH₃COO•CO（l）△H＜0，反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，提高CO的吸收效率需要平衡正向進行，
A．高壓平衡正向進行，增大CO吸收率，故A正確；
B．反應(yīng)為放熱反應(yīng)，高溫平衡逆向進行，CO吸收率減小，故B錯誤；
C．把[Cu（NH3）₃]CH₃COO•CO分離出去對氣體吸收影響不大，故C錯誤；
D．增大CO濃度平衡正向進行，但會減小CO的吸收率，故D錯誤；
吸收CO后的乙酸銅氨液經(jīng)過適當處理后又可再生，恢復其吸收CO的能力以供循環(huán)使用，依據(jù)化學平衡[Cu（NH₃）₂CH₃COO]（l）+CO（g）+NH₃（g）?[Cu（NH₃）₃]CH₃COO•CO（l）；△H＜0，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，平衡逆向進行是再生的原理，再生的適宜條件是高溫低壓，
故答案為：A；B；
（3）2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g），反應(yīng)進行到40s時達到平衡，反應(yīng)達到平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率為50%，消耗二氧化碳濃度0.02mol/L×50%=0.01mol/mol；
                            2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）
起始量（mol/L） 0.04               0.02                 0                        0
變化量（mol/L） 0.02               0.01                 0                     0.01
平衡量（mol/L） 0.02               0.01                 0                     0.01
K=$\frac{c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=$\frac{0.01}{0.0{2}^{2}×0.01}$=2500
若反應(yīng)延續(xù)至70s，保持其它條件不變情況下，使用催化劑時，改變反應(yīng)速率，不改變化學平衡，曲線的轉(zhuǎn)折點在橫坐標40之前，縱坐標必需在20的線上，該反應(yīng)的進程曲線為如圖所示：曲線的轉(zhuǎn)折點在橫坐標40之前，縱坐標必需在20的線上，，
故答案為：2500；；
（4）①分析電離平衡常數(shù)可知電離程度，NH₃•H₂O＞H₂CO₃＞HCO₃^-，對應(yīng)鹽水解程度NH₄⁺＜HCO^3-＜CO₃^2-，常溫下0.1mol•L^-1的（NH₄）₂CO₃溶液呈堿性，由于NH₃•H₂O的電離平衡常數(shù)大于HCO₃^-的電離平衡常數(shù)，因此CO₃^2-水解程度大于NH₄⁺水解程度，溶液中c （OH^-）＞c（H⁺），溶液呈堿性；
故答案為：堿，由于NH₃•H₂O的電離平衡常數(shù)大于HCO₃^-的電離平衡常數(shù)，因此CO₃^2-水解程度大于NH₄⁺水解程度，溶液中c （OH^-）＞c（H⁺），溶液呈堿性；
②A．溶液中銨根離子濃度大于碳酸根離子濃度，碳酸根離子水解程度大于銨根離子水解程度，所以溶液中離子濃度大小為：c（NH₄⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）＞c（NH₃•H₂O），故A正確；
B．溶液中存在電荷守恒為：c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（HCO₃^-）+c（OH^-）+2c（CO₃^2-），故B錯誤；
C．依據(jù)溶液中物料守恒得到：c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）=0.1mol•L^-1 ，故C正確；
D．依據(jù)溶液中物料守恒，n（N）：n（C）=2：1，結(jié)合溶液中離子種類和守恒關(guān)系得到：c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=2c（CO₃^2-）+2c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃），故D正確；
故答案為：B．

點評 本題考查了熱化學方程式書寫方法，化學平衡影響因素分析，電解質(zhì)溶液中離子濃度關(guān)系的應(yīng)用判斷，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．