Question

【題目】工業(yè)生產(chǎn)硝酸銨的流程如下圖所示：

（1）硝酸銨的水溶液呈(填“酸性”、“中性”或“堿性”)；其水溶液中各離子的濃度大小順序?yàn)椋?/span>。
（2）已知N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H<0，當(dāng)反應(yīng)器中按n(N2)：n(H2)=1：3投料，分別在200℃、400℃、600℃下達(dá)到平衡時(shí)，混合物中NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)的變化曲線如下圖。

①曲線a對(duì)應(yīng)的溫度是。
②關(guān)于工業(yè)合成氨的反應(yīng)，下列敘述正確的是。
A．及時(shí)分離出NH3可以提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率
B．P點(diǎn)原料氣的平衡轉(zhuǎn)化率接近100%，是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)工藝中采用的溫度、壓強(qiáng)條件
C．上圖中M、N、Q點(diǎn)平衡常數(shù)K的大小關(guān)系是K(M)=K(Q)＞K(N)
D．如果N點(diǎn)時(shí)c(NH3)＝0.2 mol·L－1 ， N點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)K≈0.93
（3）尿素（H2NCONH2）是一種非常重要的高效氮肥，工業(yè)上以NH3、CO2為原料生產(chǎn)尿素，該反應(yīng)實(shí)際為二步反應(yīng)：
第一步：2NH3(g)＋CO2(g)=H2NCOONH4(s) ΔH=－272 kJ·mol－1
第二步：H2NCOONH4(s)=CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH=＋138 kJ·mol－1
寫出工業(yè)上以NH3、CO2為原料合成尿素的熱化學(xué)方程式：
（4）某實(shí)驗(yàn)小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件，在一體積為0.5 L密閉容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳，實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)中各組分隨時(shí)間的變化如下左圖所示：

①已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，則合成尿素總反應(yīng)的快慢由第步反應(yīng)決定，總反應(yīng)進(jìn)行到min時(shí)到達(dá)平衡。
②反應(yīng)進(jìn)行到10 min時(shí)測(cè)得CO2的物質(zhì)的量如圖所示，則用CO2表示的第一步反應(yīng)的速率v(CO2)＝ 。
③在上面右圖中畫出第二步反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度的變化的示意圖 。

Answer 1

【答案】
（1）酸性；c(NO3－)>c(NH4+)>c(H+)>c(OH－)
（2）200℃；ACD
（3）2NH3(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CO(NH2)2 (s) ΔH=－134kJ/mol
（4）二；55；0.148 mol/(L·min)；
【解析】（1）硝酸銨是強(qiáng)酸弱堿鹽，溶于水溶液顯酸性，NH4＋ 能發(fā)生水解反應(yīng)，導(dǎo)致NH4 濃度降低，則水溶液中各離子的濃度大小順序?yàn)閏(NO3－)>c(NH4+)>c(H+)>c(OH－)。
（2）①工業(yè)合成氨是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，氨氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小，根據(jù)圖像，曲線a對(duì)應(yīng)的溫度是200℃。②A．及時(shí)分離出NH3 ， 平衡正向移動(dòng)，可以提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率，正確；B.P點(diǎn)原料氣的平衡轉(zhuǎn)化率雖然接近100%，但對(duì)設(shè)備的要求很高，當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)工藝中往往不采用這樣的溫度和壓強(qiáng)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C.上圖中M和Q的溫度相同，則K(M)=K(Q)，N點(diǎn)溫度較高，對(duì)放熱反應(yīng)而言，溫度越高，K值越小，則平衡常數(shù)K的大小關(guān)系是K(M)=K(Q)＞K(N)，正確；D．如果N點(diǎn)時(shí)c(NH3)＝0.2 mol·L－1 ， 此時(shí)氨的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為20%，則混合氣體的總濃度為1mol/L，氮?dú)夂蜌錃獾臐舛确謩e為0.2mol/L、0.6mol/L，則N點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)K≈（0.2×0.2）÷（0.2×0.6×0.6×0.6）=0.93，D項(xiàng)正確；答案選ACD。
（3）根據(jù)蓋斯定律，①2NH3(g)＋CO2(g)=H2NCOONH4(s) ΔH=－272 kJ·mol－1；②H2NCOONH4(s)= CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH=＋138 kJ·mol－1 ， 將①+②可得以NH3、CO2為原料合成尿素的熱化學(xué)方程式為2NH3(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CO(NH2)2 (s) ΔH=－134kJ/mol。
（4）①由圖象可知在15分鐘左右，氨氣和二氧化碳反應(yīng)生成氨基甲酸銨后不再變化發(fā)生的是第一步反應(yīng)，氨基甲酸銨先增大再減小最后達(dá)到平衡，發(fā)生的是第二步反應(yīng)，從曲線斜率不難看出第二步反應(yīng)速率慢，而總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，則合成尿素總反應(yīng)的快慢由第二步?jīng)Q定；根據(jù)圖可知，尿素在55分鐘時(shí)，物質(zhì)的量不再變化，即反應(yīng)在55分鐘時(shí)達(dá)到平衡。②反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)，測(cè)得CO2的物質(zhì)的量為0.26mol，二氧化碳的濃度變化為c(CO2)=(1mol-0.26 mol)÷0.5L=1.48mol/L，則用CO2表示第一步反應(yīng)速率v (CO2)=1.48mol/L÷10min=0.148 mol/(L·min)。③第二步反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大，所以第二步反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度的變化的示意圖為： 。（1）硝酸銨是強(qiáng)酸弱堿鹽，水解呈酸性，結(jié)合銨根離子的水解分析溶液中離子濃度的大小關(guān)系；
（2）①根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響進(jìn)行判斷；
②根據(jù)化學(xué)平衡的影響因素和平衡計(jì)算進(jìn)行分析即可；
（3）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱，然后書寫熱化學(xué)方程式；
（4）根據(jù)平衡狀態(tài)的特點(diǎn)判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)；根據(jù)平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系進(jìn)行分析并畫出圖像。