Question

2．1905年德國(guó)化學(xué)家哈伯發(fā)明了合成氨的方法，他因此獲得了1918年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)．氨的合成不僅解決了地球上因糧食不足而導(dǎo)致的饑餓與死亡問(wèn)題，在國(guó)防、能源、輕工業(yè)方面也有廣泛用途．
Ⅰ．以氨為原料，合成尿素的反應(yīng)原理為：
2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）△H=a kJ/mol．
為研究平衡時(shí)CO₂的轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)物投料比（$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（N{H}_{3}）}$）及溫度的關(guān)系，研究小組在10L恒容密閉容器中進(jìn)行模擬反應(yīng)，并繪出如圖（Ⅰ、Ⅱ曲線分別表示在不同投料比時(shí)，CO₂的轉(zhuǎn)化率與溫度之間的關(guān)系）．
（1）a＜ 0 （填“＞”或“＜”），判斷依據(jù)是投料比相同時(shí)，溫度越高，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越低，說(shuō)明平衡向逆方向移動(dòng)，正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)．
（2）①投料比：＜Ⅱ（填“＞”或“＜”）．
②若n（CO₂）起始=10mol，曲線Ⅱ的投料比為0.4，在100℃條件下發(fā)生反應(yīng)，達(dá)平衡至A點(diǎn)，則A點(diǎn)與起始?jí)簭?qiáng)比為5：7．
③A點(diǎn)平衡常數(shù)與B點(diǎn)平衡常數(shù)間的關(guān)系：K_A=K_B（填“＞”或“＜”或“=”）．B點(diǎn)正反應(yīng)速率與C點(diǎn)正反應(yīng)速率間的關(guān)系為：v_（B）＜v_（C）（填“＞”或“＜”或“=”）．
（3）若按曲線Ⅰ的投料比投料，在上述實(shí)驗(yàn)中壓縮容器體積至5L，在圖中畫出反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)的二氧化碳的轉(zhuǎn)化率與溫度之間的關(guān)系曲線．
（4）為提高CO₂轉(zhuǎn)化率可以采取的措施是c．
a．使用催化劑 b．及時(shí)從體系中分離出部分CO（NH₂）₂c．將體系中的水蒸氣液化分離
氨氣可用于工業(yè)上生產(chǎn)硝酸，其尾氣中的NO₂可用氨水吸收生成硝酸銨，25℃時(shí)，將10molNH₄NO₃溶于水，溶液顯酸性，向該溶液中滴加1L某濃度的氨水，溶液呈中性，則滴加氨水的過(guò)程中水的電離平衡將逆向（填“正向”、“逆向”或“不”） 移動(dòng)，此中性溶液中NH₃•H₂O的物質(zhì)的量為0.05mol．（25℃時(shí)，NH₃•H₂O的電離平衡常數(shù)K_b=2×10-5）

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）由圖可知，投料比相同時(shí)，溫度越高，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越低，說(shuō)明平衡向逆方向移動(dòng)正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)；
（2）①相同溫度下，固定容器中增大氨氣的量，可提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，由圖可得出投料比的大��；
②根據(jù)A點(diǎn)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率計(jì)算出平衡時(shí)體系中氣體總物質(zhì)的量，利用物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比解答；
③溫度相同，平衡常數(shù)相同；溫度越高，反應(yīng)速率越大；
（3）按曲線Ⅰ的投料比投料，壓縮容器體積，平衡向氣體體積縮小的方向移動(dòng)，即正方向移動(dòng)，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，則在相同溫度下，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率同等程度高于投料Ⅰ，由此平滑的畫出曲線；
（4）平衡正向移動(dòng)可提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率；
Ⅱ．NH₄NO₃溶于水，水解促進(jìn)水的電離，向該溶液中滴加1L某濃度的氨水，溶液呈中性，則滴加氨水的過(guò)程中水的電離平衡將受到抑制；向該溶液中滴加1L稀氨水后溶液呈中性可知，c（OH^-）=10^-7mol/L，設(shè)平衡時(shí)NH₃•H₂O的物質(zhì)的量為x，溶液的體積為1L，根據(jù)電離平衡常數(shù)的定義計(jì)算．

解答 解：Ⅰ．（1）由圖可知，投料比相同時(shí)，溫度越高，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越低，說(shuō)明平衡向逆方向移動(dòng)，逆方向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，△H＜0，則a＜0，
故答案為：＜；投料比相同時(shí)，溫度越高，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越低，說(shuō)明平衡向逆方向移動(dòng)，正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)；
（2）①相同溫度下，投料Ⅰ時(shí)CO₂的轉(zhuǎn)化率高，投料Ⅱ的轉(zhuǎn)化率低，在固定容器中增大氨氣的量，可提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，說(shuō)明反應(yīng)物投料比$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（N{H}_{3}）}$是Ⅰ中的小，
故答案為：＜；
②若n（CO₂）起始=10mol，曲線Ⅱ的投料比為0.4，則n（NH₃）=$\frac{10mol}{0.4}$=25mol，達(dá)到平衡A點(diǎn)時(shí)，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為50%，則有三行式：
              2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）
起始量：25mol            10mol          0mol                  0mol
改變量：10mol             5mol           5mol                  5mol
平衡量：15mol             5mol           5mol                  5mol
則平衡時(shí)氣體總物質(zhì)的量為25mol，起始?xì)怏w總物質(zhì)的量為35mol，則A點(diǎn)與起始?jí)簭?qiáng)比=物質(zhì)的量之比，即$\frac{25mol}{35mol}$=$\frac{5}{7}$，
故答案為：5：7；
③A點(diǎn)和B點(diǎn)的溫度相同，所以平衡常數(shù)相同；C點(diǎn)的溫度更高，所以C點(diǎn)正反應(yīng)速率比B點(diǎn)的正反應(yīng)速率高，
故答案為：=；＜；
（3）按曲線Ⅰ的投料比投料，壓縮容器體積，平衡向氣體體積縮小的方向移動(dòng)，即正方向移動(dòng)，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，則在相同溫度下，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率同等程度高于投料Ⅰ，由此平滑的畫出曲線：，
故答案為：；
（4）a．使用催化劑，平衡不移動(dòng)，不能提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，故a錯(cuò)誤；
b．及時(shí)從體系中分離出部分CO（NH₂）₂，尿素的濃度不變，平衡不移動(dòng)，不能提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，故b錯(cuò)誤；
c．將體系中的水蒸氣液化分離，減小生成物濃度，平衡正向移動(dòng)，提高了二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，故c正確；
故答案為：c；
Ⅱ．NH₄NO₃溶于水，溶液顯酸性，是銨根的水解引起：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，水解促進(jìn)水的電離，向該溶液中滴加1L某濃度的氨水，溶液呈中性，則滴加氨水的過(guò)程中水的電離平衡將受到抑制，即逆向移動(dòng)，向該溶液中滴加1L稀氨水后溶液呈中性可知，c（OH^-）=10^-7mol/L，
設(shè)平衡時(shí)NH₃•H₂O的物質(zhì)的量為x，溶液的體積為1L，
則：NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-     
平衡時(shí)的濃度（mol/L ）：x             10      10^-7
由電離平衡常數(shù)可知：$\frac{10×1{0}^{-7}}{x}$=2×10^-5，x=0.05，
故答案為：逆向；0.05．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的影響因素以及弱電解質(zhì)的電離平衡等知識(shí)，綜合性較強(qiáng)，需要扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和靈活解決問(wèn)題的能力，注意三段式解題法的運(yùn)用．