Question

（15分）氨是最重要的化工產品之一。
（1）合成氨用的氫氣可以甲烷為原料制得:CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g)。有關化學反應的能量變化如下圖所示。CH₄(g)與H₂O(g)反應生成CO(g)和H₂(g)的熱化學方程式為        。
    
（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，其反應原理為：[Cu(NH₃)₂CH₃COO] (l)+CO(g)+NH₃(g)[Cu(NH₃)₃] CH₃COO·CO(l) △H＜0。吸收CO后的乙酸銅氨液經過適當處理后又可再生，恢復其吸收CO的能力以供循環使用，再生的適宜條件是 。
（填寫選項編號）
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4mol NH₃和2molCO₂，該反應進行到40 s時達到平衡，此時CO₂的轉化率為50%。該溫度下此反應平衡常數K的值為_________。下圖中的曲線表示該反應在前25 s內的反應進程中的NH₃濃度變化。若反應延續至70s，保持其它條件不變情況下，請在圖中用實線畫出使用催化劑時該反應的進程曲線。

（4）將尿素施入土壤后，大部分是通過轉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，轉化為碳酸銨。已知弱電解質在水中的電離平衡常數（25℃）如下表：

弱電解質	H2CO3	NH3·H2O
電離平衡常數	Ka1＝4.30×10-7   Ka2＝5.61×10-11	1.77×10-5

現有常溫下0.1 mol·L^-1的(NH₄)₂CO₃溶液，
①你認為該溶液呈        性（填“酸”、“中”、“堿”），原因是                        。
②就該溶液中粒子之間有下列關系式，你認為其中正確的是                。
A．c (NH₄⁺)＞c (CO₃^2-)＞c (HCO₃^-)＞c (NH₃·H₂O)
B．c(NH₄⁺)+c(H⁺)＝c(HCO₃^-)+c(OH^-)+c(CO₃^2-)
C．c (CO₃^2-) + c (HCO₃^-) +c (H₂CO₃)＝0.1 mol·L^-1
D．c (NH₄⁺)+ c (NH₃·H₂O)＝2 c (CO₃^2-) + 2c (HCO₃^-) +2 c (H₂CO₃)

Answer 1

（15分）（1）CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g) △H＝+161.1 kJ·mol^-1（2分） （2）B（2分）
（3）2500（2分）；（說明：曲線的轉折點在橫坐標40之前，縱坐標必需在20的線上）（3分，畫出縱坐標為20的直線給2分、畫出曲線轉折點在橫坐標40之前給1分）
（4）① 堿  （1分）；由于NH₃·H₂O的電離平衡常數大于HCO₃^-的電離平衡常數，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分）  ② A、C、D（3分）

試題分析：（1）根據圖像可知熱化學方程式，①、CH₄(g)+2O₂(g)2H₂O(g)+CO₂(g) △H＝－846.3kJ/mol，②、CO(g)+O₂(g)CO₂(g) △H＝+282kJ/mol，③、H₂(g)+O₂(g)H₂O(g) △H＝－241.8kJ/mol，則根據蓋斯定律可知①－②－③×3即得到熱化學方程式CH₄(g)＋H₂O(g)CO(g)＋3H₂(g)，所以該反應的反應熱△H＝－846.3kJ/mol＋282kJ/mol＋241.8kJ/mol×3＝+161.1 kJ/mol。
（2）根據方程式可知該反應是體積減小的、放熱的可逆反應，所以要恢復其吸收CO的能力以供循環使用，應該使平衡向逆反應方向移動，所以再生的適宜條件是高溫、低壓，答案選B。
（3）             2NH₃(g)+CO₂(g)CO(NH₂)₂(l)+H₂O(g)
起始濃度（mol/L）  0.04     0.02        0          0
轉化濃度（mol/L）  0.02     0.01       0.01        0.01
平衡濃度（mol/L）0.02      0.01      0.01       0.01
所以該溫度下平衡常數K＝ ＝ ＝2500。
由于催化劑能加快反應速率，縮短到達平衡的時間，但不能改變平衡狀態，據此可以作圖。
（4）①根據表中數據可知，NH₃·H₂O的電離平衡常數大于HCO₃^-的電離平衡常數，因此CO₃^2-水解程度大于NH₄⁺水解程度，因此溶液中c(OH^-)＞c(H⁺)，所以溶液呈堿性。
②A、由于CO₃^2-水解程度大于NH₄⁺水解程度，溶液顯堿性，則水解程度都是很小的，所以c(NH₄⁺)＞c(CO₃^2-)＞c(HCO₃^-)＞c(NH₃·H₂O)，A正確；B、根據電荷守恒可知c(NH₄⁺)＋c(H⁺)＝c(HCO₃^-)＋c(OH^-)＋2c(CO₃^2-)，B不正確；C、根據物料守恒可知c(CO₃^2-) + c(HCO₃^-) +c(H₂CO₃)＝0.1 mol·L^-1，C正確；D、碳氧根據物料守恒可知c(NH₄⁺)+ c(NH₃·H₂O)＝2c(CO₃^2-) + 2c(HCO₃^-) +2c(H₂CO₃)，D正確，答案選ACD。