Question

氨基甲酸銨（NH₂COONH₄）是一種白色固體，易分解、易水解，可用做肥料、滅火劑、洗滌劑等。某化學(xué)興趣小組模擬制備氨基甲酸銨，并探究其分解反應(yīng)平衡常數(shù)。反應(yīng)的化學(xué)方程式： 2NH₃(g)＋CO₂(g)NH₂COONH₄(s)。請按要求回答下列問題：
（1）請在下圖1方框內(nèi)畫出用濃氨水與生石灰制取氨氣的裝置簡圖。
（2）制備氨基甲酸銨的裝置如下圖2所示。生成的氨基甲酸銨小晶體懸浮在四氯化碳中。

①從反應(yīng)后的混合物中分離出產(chǎn)品的實驗方法是_____________（填操作名稱）。
②上圖3中濃硫酸的作用是_______________________________________。
（3）將一定量純凈的氨基甲酸銨固體置于特制的密閉真空容器中（假設(shè)容器體積不變，固體試樣體積
忽略不計），在恒定溫度下使其達到分解平衡。實驗測得不同溫度下的平衡數(shù)據(jù)列于下表：

溫度(℃)	15.0	20.0	25.0	30.0	35.0
平衡總壓強(kPa)	5.7	8.3	12.0	17.1	24.0
平衡氣體總濃度(×10－3mol/L)	2.4	3.4	4.8	6.8	9.4

 
①下列選項可以判斷該分解反應(yīng)達到平衡的是________。
A．
B．密閉容器內(nèi)物質(zhì)總質(zhì)量不變
C．密閉容器中混合氣體的密度不變
D．密閉容器中氨氣的體積分數(shù)不變
②該分解反應(yīng)的焓變ΔH______0（填“>”、“=”或“<”）。
25.0℃時的分解平衡常數(shù)的值＝__________________________。
③取一定量的氨基甲酸銨固體放在一個帶活塞的密閉真空容器中，在25.0℃下達到分解平衡。若在恒溫下壓縮容器體積，氨基甲酸銨固體的質(zhì)量將_________（填“增加”,“減少”或“不變”）。
（4）圖2中反應(yīng)器用冰水冷卻的原因是_____________________________________。

Answer 1

（1）（合理即可給分，2分）（2）①過濾（2分）
②吸收未反應(yīng)的氨氣，防止空氣中的水蒸氣進入反應(yīng)器使氨基甲酸銨水解（2分）
（3）①AC （2分） ②＞（1分） 1.6×10^—8（或1.6384×10^—8） （2分） 增加（1分）
（4）降低溫度，提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率，防止因反應(yīng)放熱造成產(chǎn)物分解 （2分）

解析試題分析：（1）濃氨水與生石灰制取氨氣，反應(yīng)不需要加熱，所以正確的裝置圖可以是。
（2）①由于生成的氨基甲酸銨小晶體懸浮在四氯化碳中，所以從反應(yīng)后的混合物中分離出產(chǎn)品的實驗方法是過濾。
②反應(yīng)中氨氣過濾，所以濃硫酸的作用是吸收未反應(yīng)的氨氣。另外氨基甲酸銨易水解，所以濃硫酸還起到防止空氣中的水蒸氣進入反應(yīng)器使氨基甲酸銨水解的作用。
（3）①在一定條件下，當可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時（但不為0），反應(yīng)體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學(xué)平衡狀態(tài)。A、反應(yīng)速率的方向相反，且滿足反應(yīng)速率之比是相應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)之比，可以說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，A正確；B、根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，密閉容器內(nèi)物質(zhì)總質(zhì)量始終不變，B不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)；C、密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應(yīng)過程中容積始終是不變的，但氣體的質(zhì)量是變化的，所以當密度不再發(fā)生變化時可以說明達到平衡狀態(tài)，C正確；D、混合氣中氨氣和CO₂的體積之比始終是2:1的，即氨氣體積分數(shù)始終不變，因此不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故D錯誤，答案選AC。
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，隨著溫度的升高，氣體的壓強增大，這說明升高溫度平衡向生成氨氣和CO₂的方向進行，即分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，因此該分解反應(yīng)的焓變ΔH＞0；根據(jù)反應(yīng)NH₂COONH₄(s)2NH₃(g)＋CO₂(g)可知，n(NH₃)＝2n(CO₂)，則根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，c(NH₃)＝2c(CO₂)＝4.8×10^-3mol/L×＝3.2×10^-3mol/L，所以依據(jù)平衡常數(shù)的表達式，25.0℃時氨基甲酸銨的分解平衡常數(shù)為K＝c²(NH₃)×c(CO₂)＝（3.2×10^-3mol/L）²×1.6×10^-3mol/L＝1.6×10^-8(mol/L)³。
③壓縮容器體積，增大了壓強，平衡向逆反應(yīng)方向移動，氨基甲酸銨固體的質(zhì)量增加。
（4）反應(yīng)2NH₃(g)＋CO₂(g)NH₂COONH₄(s)是放熱反應(yīng)，降溫平衡正向進行。因此反應(yīng)器用冰水冷卻可以降低溫度，提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率，防止因反應(yīng)放熱造成產(chǎn)物分解溫度升高。
考點：考查物質(zhì)制備實驗方案設(shè)計與評價；混合物的分離與提純；平衡狀態(tài)的判斷、外界條件對平衡狀態(tài)的影響以及平衡常數(shù)的有關(guān)計算等