Question

【題目】工業(yè)生產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為：。
（2）已知N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H<0，當反應器中按n(N2)：n(H2)=1：3投料，分別在200℃、400℃、600℃下達到平衡時，混合物中NH3的物質的量分數(shù)隨壓強的變化曲線如下圖。

①曲線a對應的溫度是。
②關于工業(yè)合成氨的反應，下列敘述正確的是。
A．及時分離出NH3可以提高H2的平衡轉化率
B．P點原料氣的平衡轉化率接近100%，是當前工業(yè)生產工藝中采用的溫度、壓強條件
C．上圖中M、N、Q點平衡常數(shù)K的大小關系是K(M)=K(Q)＞K(N)
D．如果N點時c(NH3)＝0.2 mol·L－1 ， N點的化學平衡常數(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為原料生產尿素，該反應實際為二步反應：
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方程式：
（4）某實驗小組模擬工業(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，實驗測得反應中各組分隨時間的變化如下左圖所示：

①已知總反應的快慢由慢的一步決定，則合成尿素總反應的快慢由第步反應決定，總反應進行到min時到達平衡。
②反應進行到10 min時測得CO2的物質的量如圖所示，則用CO2表示的第一步反應的速率v(CO2)＝ 。
③在上面右圖中畫出第二步反應的平衡常數(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）硝酸銨是強酸弱堿鹽，溶于水溶液顯酸性，NH4＋ 能發(fā)生水解反應，導致NH4 濃度降低，則水溶液中各離子的濃度大小順序為c(NO3－)>c(NH4+)>c(H+)>c(OH－)。
（2）①工業(yè)合成氨是放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，氨氣的物質的量分數(shù)減小，根據(jù)圖像，曲線a對應的溫度是200℃。②A．及時分離出NH3 ， 平衡正向移動，可以提高H2的平衡轉化率，正確；B.P點原料氣的平衡轉化率雖然接近100%，但對設備的要求很高，當前工業(yè)生產工藝中往往不采用這樣的溫度和壓強，B項錯誤；C.上圖中M和Q的溫度相同，則K(M)=K(Q)，N點溫度較高，對放熱反應而言，溫度越高，K值越小，則平衡常數(shù)K的大小關系是K(M)=K(Q)＞K(N)，正確；D．如果N點時c(NH3)＝0.2 mol·L－1 ， 此時氨的物質的量分數(shù)為20%，則混合氣體的總濃度為1mol/L，氮氣和氫氣的濃度分別為0.2mol/L、0.6mol/L，則N點的化學平衡常數(shù)K≈（0.2×0.2）÷（0.2×0.6×0.6×0.6）=0.93，D項正確；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生成氨基甲酸銨后不再變化發(fā)生的是第一步反應，氨基甲酸銨先增大再減小最后達到平衡，發(fā)生的是第二步反應，從曲線斜率不難看出第二步反應速率慢，而總反應的快慢由慢的一步決定，則合成尿素總反應的快慢由第二步決定；根據(jù)圖可知，尿素在55分鐘時，物質的量不再變化，即反應在55分鐘時達到平衡。②反應進行到10min時，測得CO2的物質的量為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表示第一步反應速率v (CO2)=1.48mol/L÷10min=0.148 mol/(L·min)。③第二步反應為吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動，平衡常數(shù)增大，所以第二步反應的平衡常數(shù)K隨溫度的變化的示意圖為： 。（1）硝酸銨是強酸弱堿鹽，水解呈酸性，結合銨根離子的水解分析溶液中離子濃度的大小關系；
（2）①根據(jù)溫度對化學平衡的影響進行判斷；
②根據(jù)化學平衡的影響因素和平衡計算進行分析即可；
（3）根據(jù)蓋斯定律計算反應熱，然后書寫熱化學方程式；
（4）根據(jù)平衡狀態(tài)的特點判斷是否達到平衡狀態(tài)；根據(jù)平衡常數(shù)與溫度的關系進行分析并畫出圖像。