Question

19．工業(yè)生產(chǎn)硝酸銨的流程如圖1所示：
（1）Ⅱ中，NH₃和0₂在催化劑作用下反應(yīng)，其化學(xué)方程式為4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O．
（2）工業(yè)上以NH₃、CO₂為原料生產(chǎn)尿素，該反應(yīng)實(shí)際分兩步進(jìn)行：
第一步：2NH₃（g）+CO₂（g）═H₂NCOONH₄（g）△H=-272kJ•mol^-1
第二步：H₂NCOONH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+138kJ•mol^-1
寫(xiě)出工業(yè)上以NH₃、C0₂為原料合成尿素的熱化學(xué)方程式2NH₃（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（NH₂）₂ （s）△H=-134kJ/mol．
（3）工業(yè)上電解NO制備N(xiāo)H₄N0₃，其工作原理如圖2所示，電解時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為NO₂-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH₄N0₃，需補(bǔ)充物質(zhì)A，A是NH₃．
（4）已知N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，
當(dāng)反應(yīng)器中按n（N₂）：n（H₂）=l：3投料，分別在200C、400℃、600C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(xiàn)如圖3．
①曲線(xiàn)a對(duì)應(yīng)的溫度是200℃．
②上圖中P、M、Q三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)K的大關(guān)系為K（P）＞K（M）=K（Q）
③若N點(diǎn)時(shí)c（NH₃）=0.2mol．L^-l，
則K_（N）=0.93（保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）NH₃和0₂在催化劑作用下反應(yīng)生成NO和水；
（2）已知：①2NH₃（g）+CO₂（g）═H₂NCOONH₄（s）△H=-272kJ•mol^-1；
②H₂NCOONH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+138kJ•mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律，①+②可得：2NH₃（g）+CO₂（g） H₂O（g）+CO（NH₂）₂ （s）；
（3）工業(yè)上電解NO₂制備 NH₄NO₃，由裝置圖可知陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，NO₂被氧化生成NO₃^-，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，NO₂被還原生成NH₄⁺，陽(yáng)極反應(yīng)為NO₂-e^-+H₂O=NO₃^-+2H⁺，陰極反應(yīng)為：NO₂+7e^-+8H⁺=NH₄⁺+2H₂O，結(jié)合電極方程式解答該題；
（4）①依據(jù)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向進(jìn)行，氨氣的含量減��；
②K只受溫度影響，該反應(yīng)溫度升高時(shí)K值減小；
③N點(diǎn)時(shí)氨的物質(zhì)的量的分?jǐn)?shù)為20%，利用三段式，設(shè)N₂轉(zhuǎn)化率是b，N₂的起始濃度為a，
根據(jù)反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始    a       3a         0
轉(zhuǎn)化    ab       3ab       2ab
平衡   a-ab      3a-3ab      2ab
根據(jù)題意有$\left\{\begin{array}{l}{\frac{2ab}{a-ab+3a-3ab+2ab}=20%}\\{2ab=0.2mol•L{\;}^{-1}}\end{array}\right.$，所以a=0.3mol•L^-1，b=$\frac{1}{3}$，以此計(jì)算．

解答 解：（1）在催化劑、加熱條件下，氨氣被氧化生成NO和水，反應(yīng)方程式為4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，故答案為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O；
（2）已知：①2NH₃（g）+CO₂（g）═H₂NCOONH₄（s）△H=-272kJ•mol^-1；
②H₂NCOONH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+138kJ•mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律，①+②可得：2NH₃（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（NH₂）₂ （s）△H=-134kJ/mol，
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（NH₂）₂ （s）△H=-134kJ/mol；
（3）電解NO₂制備N(xiāo)H₄NO₃，陽(yáng)極反應(yīng)為：NO₂-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，陰極反應(yīng)為：NO₂+7e^-+8H⁺=NH₄⁺+2H₂O，從兩極反應(yīng)可看出，要使得失電子守恒，陽(yáng)極產(chǎn)生的NO₃^-的物質(zhì)的量大于陰極產(chǎn)生的NH₄⁺的物質(zhì)的量，總反應(yīng)方程式為：8NO₂+5H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$NH₄NO₃+6HNO₃，因此若要使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，需補(bǔ)充N(xiāo)H₃，
故答案為：NO₂-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺；NH₃；
（4）①合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度越高，越不利于反應(yīng)的進(jìn)行，曲線(xiàn)a的氨氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)最高，其反應(yīng)溫度對(duì)應(yīng)相對(duì)最低，所以a曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)溫度為200°C；
故答案為：200℃；
②平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，與其他條件無(wú)關(guān)，同一溫度下的平衡常數(shù)相同，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高平衡常數(shù)越小，上圖中P、M、Q點(diǎn)平衡常數(shù)K的大小關(guān)系是K（P）＞K（M）=K（Q），
故答案為：K（P）＞K（M）=K（Q）；
③N點(diǎn)時(shí)氨的物質(zhì)的量的分?jǐn)?shù)為20%，利用三段式，設(shè)N₂轉(zhuǎn)化率是b，N₂的起始濃度為a，
根據(jù)反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始    a       3a         0
轉(zhuǎn)化    ab       3ab       2ab
平衡   a-ab      3a-3ab      2ab
根據(jù)題意有$\left\{\begin{array}{l}{\frac{2ab}{a-ab+3a-3ab+2ab}=20%}\\{2ab=0.2mol•L{\;}^{-1}}\end{array}\right.$，所以a=0.3mol•L^-1，b=$\frac{1}{3}$，所以平衡常數(shù)K=$\frac{（2ab）^{2}}{（a-ab）•（{3a-3ab）}^{3}}$=0.93，
故答案為：0.93．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)、化學(xué)平衡的計(jì)算，題目難度中等，注意掌握蓋斯定律的內(nèi)容及應(yīng)用方法，能夠利用三段式進(jìn)行化學(xué)平衡的計(jì)算，明確反應(yīng)速率的概念及計(jì)算方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計(jì)算能力．