Question

16．氨在生活、生產、科研中有廣泛用途．
（1）已知反應Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.5kJ/mol
反應Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂ （s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ/mol
反應Ⅲ：H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol
則工業(yè)上以CO₂、NH₃為原料合成尿素和液態(tài)水的熱化學方程式為2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87kJ/mol，該反應在低溫條件下可以自發(fā)進行（填“高溫”、“低溫”或“任何溫度下”）；
（2）用NH₃催化還原N_xO_y可以消除氮氧化物的污染．如有反應4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l）△H＜0，相同條件下在2L密閉容器內，選用不同的催化劑，反應產生N₂的量隨時間變化如圖所示．
①0～4分鐘在A催化劑作用下，反應速率υ（N₂）=0.3125mol•L^-1•min^-1；
②下列說法正確的是CD；
A．該反應的活化能大小順序是：E_a（A）＞E_a（B）＞E_a （C）
B．使用催化劑A達平衡時，N₂最終產率更大
C．單位時間內氫氧鍵與氮氫鍵斷裂的數目相等時，說明反應已經達到平衡
D．若在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生反應，當平衡常數不變時，說明反應已經達到平衡
（3）查閱資料可知：常溫下，K_穩(wěn)[Ag（NH₃）₂⁺]=1.00×10⁷，K_sp[AgCl]=2.50×10^-10．
①銀氨溶液中存在平衡：Ag⁺（aq）+2NH₃（aq）?Ag（NH₃）₂⁺ （aq），該反應平衡常數的表達式為
K_穩(wěn)=$\frac{c[Ag（N{H}_{3}{）_{2}}^{+}]}{c（A{g}^{+}）．{c}^{2}（N{H}_{3}）}$；
②計算得到可逆反應AgCl （s）+2NH₃（aq）?Ag（NH₃）₂⁺ （aq）+Cl^-（aq）的化學平衡常數K=2.5×10^-3，1L 1mol/L氨水中最多可以溶解AgCl0.045mol（保留2位有效數字）；
（4）工業(yè)上以氨、丙烯和空氣為原料，一定條件下合成丙烯腈（CH₂=CH-CN），該反應的化學方程式為2CH₂=CH-CH₃+2NH₃+3O₂$\stackrel{一定條件下}{→}$2CH₂=CH-CN+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算I+II-III得到CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學反應方程式；
根據△G=△H-T△S判斷溫度；
（2）①已知4分鐘時氮氣為2.5mol，根據v（N₂）=$\frac{△c}{△t}$計算；
②A．相同時間內生成的氮氣的物質的量越多，則反應速率越快，活化能越低；
B．催化劑改變反應速率不改變化學平衡；
C．單位時間內H-O鍵斷裂表示逆速率，N-H鍵斷裂表示正速率，正逆速率相同則反應已經達到平衡；
D．該反應為放熱反應，恒容絕熱的密閉容器中，反應時溫度會升高，則K會減小；
（3）①化學平衡常數等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比；
②可逆反應AgCl （s）+2NH₃（aq）=Ag（NH₃）₂⁺（aq）+Cl^-（aq）的化學平衡常數 K=$\frac{c[Ag（N{H}_{3}{）_{2}}^{+}]．c（C{l}^{-}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=$\frac{c[Ag（N{H}_{3}{）_{2}}^{+}]．c（C{l}^{-}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$×$\frac{c（A{g}^{+}）}{c（A{g}^{+}）}$=Ksp（AgCl）×K穩(wěn)，根據化學平衡常數計算溶解AgCl的物質的量；
（4）工業(yè)上以氨、丙烯和空氣為原料，一定條件下合成丙烯腈（CH₂=CH-CN），根據反應物、生成物及反應條件書寫方程式．

解答 解：（1）Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.5kJ/mol
反應Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂ （s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ/mol
反應Ⅲ：H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol
依據熱化學方程式和蓋斯定律計算I+II-III得到CO₂與NH₃合成尿素和液態(tài)水的熱化學反應方程式為：
2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0kJ/mol；
該反應△H＜0、△S＞0，所以△G=△H-T△S＜0，在低溫下即可自發(fā)進行，
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0kJ/mol；低溫；
（2）①已知4分鐘時氮氣為2.5mol，則生成的N₂為2.5mol，所以v（N₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{2.5}{2}}{4}$mol•L^-1•min^-1=0.3125 mol•L^-1•min^-1，故答案為：0.3125mol•L^-1•min^-1；
②A．相同時間內生成的氮氣的物質的量越多，則反應速率越快，活化能越低，所以該反應的活化能大小順序是：E_a（A）＜E_a（B）＜E_a（C），故A錯誤；
B．使用催化劑A達平衡時，改變反應速率不改變化學平衡，N₂最終產率不變，故B錯誤；
C．單位時間內H-O鍵斷裂表示逆速率，N-H鍵斷裂表示正速率，單位時間內H-O鍵與N-H鍵斷裂的數目相等時，則消耗的NH₃和消耗的水的物質的量之比為4：6，則正逆速率之比等于4：6，說明反應已經達到平衡，故C正確；
D．該反應為放熱反應，恒容絕熱的密閉容器中，反應時溫度會升高，則K會減小，當K值不變時，說明反應已經達到平衡，故D正確；
故答案為：CD；
（3）①化學平衡常數等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比，則化學平衡常數=$\frac{c[Ag（N{H}_{3}{）_{2}}^{+}]}{c（A{g}^{+}）．{c}^{2}（N{H}_{3}）}$，
故答案為：$\frac{c[Ag（N{H}_{3}{）_{2}}^{+}]}{c（A{g}^{+}）．{c}^{2}（N{H}_{3}）}$；
 ②可逆反應AgCl （s）+2NH₃（aq）=Ag（NH₃）₂⁺（aq）+Cl^-（aq）的化學平衡常數 K=$\frac{c[Ag（N{H}_{3}{）_{2}}^{+}]．c（C{l}^{-}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=$\frac{c[Ag（N{H}_{3}{）_{2}}^{+}]．c（C{l}^{-}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$×$\frac{c（A{g}^{+}）}{c（A{g}^{+}）}$=Ksp（AgCl）×K穩(wěn)=2.50×10^-10×1.00×10⁷=2.5×10^-3，設溶解的AgCl物質的量為x，反應前后系數相同，可以用物質的量代替平衡濃度計算平衡常數，
AgCl （s）+2NH₃（aq）=Ag（NH₃）₂⁺（aq）+Cl^-（aq），
依據平衡常數=$\frac{c[Ag（N{H}_{3}{）_{2}}^{+}]．c（C{l}^{-}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=$\frac{{x}^{2}}{（1-2x）^{2}}$=2.5×10^-3，
1-2x≈1，計算得到x=0.045mol，
故答案為：2.5×10^-3；0.045；
（4）工業(yè)上以氨、丙烯和空氣為原料，一定條件下合成丙烯腈（CH₂=CH-CN），根據反應式、生成物及反應條件知，該反應的化學方程式為2CH₂=CH-CH₃+2NH₃+3O₂$\stackrel{一定條件下}{→}$ 2CH₂=CH-CN+6H₂O，
故答案為：2CH₂=CH-CH₃+2NH₃+3O₂$\stackrel{一定條件下}{→}$ 2CH₂=CH-CN+6H₂O．

點評 本題考查化學平衡計算、難溶物的溶解平衡計算、化學平衡影響因素、蓋斯定律等知識點，側重考查學生分析、計算及知識靈活運用能力，難點是難溶物的溶解平衡計算，注意（2）②D選項中容器絕熱會導致反應過程中有溫度變化，為易錯點．