Question

【題目】工業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K≈0.93
（3）尿素（H2NCONH2）是一種非常重要的高效氮肥，工業上以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減小，根據圖像，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，平衡常數增大，所以第二步反應的平衡常數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根據溫度對化學平衡的影響進行判斷；
②根據化學平衡的影響因素和平衡計算進行分析即可；
（3）根據蓋斯定律計算反應熱，然后書寫熱化學方程式；
（4）根據平衡狀態的特點判斷是否達到平衡狀態；根據平衡常數與溫度的關系進行分析并畫出圖像。