Question

11．工業(yè)上以CO₂和NH₃為原料合成尿素．該反應(yīng)過(guò)程為：
反應(yīng)Ⅰ：CO₂（g）+2NH₃（g）?NH₂COONH₄（s）；△H₁
反應(yīng)Ⅱ：NH₂COONH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）；△H₂
反應(yīng)Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）；△H₃＜0
（1）K₁、K₂、K₃分別為反應(yīng)1、反應(yīng)2、3對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)，K₂隨溫度變化的曲線如圖l所示，則K₁對(duì)應(yīng)的是曲線2（選填“曲線1”或“曲線2”），理由是由圖1知，隨著溫度升高，K₂增大，則△H₂＞0，根據(jù)蓋斯定律得△H₃=△H₁+△H₂＜0，則△H₁＜0，曲線2符合隨著溫度升高K₁減小．
（2）現(xiàn)將CO₂和NH₃按圖比例充入體積為10L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)I，經(jīng)15min達(dá)到平衡，CO₂、NH₃物質(zhì)的量濃度的變化曲線如圖2所示．

①若保持溫度和體積不變，在第25min時(shí)再向該容器中充入1molCO₂和2molNH₃，請(qǐng)畫(huà)出從第25min起NH₃的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間變化曲線．
②若保持溫度和壓強(qiáng)不變，再向容器中充入3molCO₂，則此時(shí)v_正＜v_逆（選填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）羥胺NH₂OH可以看作是NH₃分子內(nèi)的一個(gè)氫原子被羥基取代的衍生物，具有較強(qiáng)的還原性，可將AgBr還原為金屬Ag，同時(shí)產(chǎn)生一種無(wú)色有甜味的氣體X，高溫下1mol氣體X分解生成0.5molO₂和1mol單質(zhì)Y．
①寫(xiě)出NH₂OH與AgBr反應(yīng)的化學(xué)方程式2NH₂OH+4AgBr=4Ag+N₂O↑+4HBr+H₂O．
②NH₂OH水溶液呈弱堿性，室溫下其電離平衡常數(shù)K=9.0×10^-9，某NH₂OH水溶液中NH₃OH⁺的物質(zhì)的量濃度為3.0×10^-6 mol/L，則該溶液中NH₂OH的電離度為0.30%．（忽略水的電離）
③以硝酸、硫酸水溶液作電解質(zhì)進(jìn)行電解，在汞電極上NO₃^-可轉(zhuǎn)化為NH₂OH，以鉑為另一極，則該電解反應(yīng)的化學(xué)方程式2HNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NH₂OH+3O₂↑．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖1知，K₂隨著溫度升高而增大，說(shuō)明反應(yīng)II是吸熱反應(yīng)；將方程式I+II得方程式III，則△H₃=△H₁+△H₂＜0，則△H₁＜0，放熱反應(yīng)中升高溫度平衡逆向移動(dòng)；
（2）①反應(yīng)I中參加反應(yīng)的CO₂、NH₃的物質(zhì)的量之比為1：2，根據(jù)圖知，相同時(shí)間內(nèi)物質(zhì)的量濃度變化大的是氨氣、物質(zhì)的量濃度變化量小的是二氧化碳，
該反應(yīng)CO₂（g）+2NH₃（g）?NH₂COONH₄（s）
 開(kāi)始（mol/L）0.3   0.6
反應(yīng)（mol/L）0.2    0.4
平衡（mol/L）0.1   0.2
化學(xué)平衡常數(shù)=$\frac{1}{0.1×0.2}$=50，
溫度不變化學(xué)平衡常數(shù)不變，
設(shè)再次達(dá)到平衡時(shí)氨氣濃度為x，
加入1mol二氧化碳、2mol氨氣瞬間，c（CO₂）=0.1mol/L+$\frac{1mol}{10L}$=0.2mol/L、c（NH₃）=0.2mol/L+$\frac{2mol}{10L}$=0.4mol/L，
該反應(yīng)CO₂（g）+2NH₃（g）?NH₂COONH₄（s）
開(kāi)始（mol/L）0.2    0.4
反應(yīng)（mol/L）0.2-0.5x 0.4-x
平衡（mol/L）0.5x        x
溫度不變化學(xué)平衡常數(shù)不變，則$\frac{1}{0.5x．x}$=50
x=0.2
②若保持溫度和壓強(qiáng)不變，再向容器中充入3molCO₂，但氨氣濃度減小，平衡逆向移動(dòng)；
（3）①羥胺具有較強(qiáng)還原性，能將AgBr還原為Ag，則N元素失電子生成氣體X，高溫下1mol氣體X分解生成0.5molO₂和1mol單質(zhì)Y，則Y是氮?dú)猓琌、N原子個(gè)數(shù)之比=（0.5mol×2）：（1mol×2）=1：2，X化學(xué)式為N₂O，羥胺和AgBr反應(yīng)還生成水和HBr；
②該溶液中c（NH₃OH⁺）≈c（OH^-）=3.0×10^-6，電離平衡常數(shù)K=$\frac{c（N{H}_{3}O{H}^{+}）．c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{2}OH）}$=$\frac{（3.0×1{0}^{-6}）^{2}}{c（N{H}_{2}OH）}$=9.0×10^-9，則c（NH₂OH）=1×10^-3；
③汞電極上NO₃^-可轉(zhuǎn)化為NH₂OH，該電極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，為陰極，則Pt是陽(yáng)極，水得電子生成氧氣和氫離子，在得失電子相同的條件下將兩極電極反應(yīng)式相加即得電池反應(yīng)式．

解答 解：（1）根據(jù)圖1知，K₂隨著溫度升高而增大，說(shuō)明反應(yīng)II是吸熱反應(yīng)；將方程式I+II得方程式III，則△H₃=△H₁+△H₂＜0，則△H₁＜0，放熱反應(yīng)中升高溫度平衡逆向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)減小，所以K₁對(duì)應(yīng)的是曲線2，
故答案為：曲線2；由圖1知，隨著溫度升高，K₂增大，則△H₂＞0，根據(jù)蓋斯定律得△H₃=△H₁+△H₂＜0，則△H₁＜0，曲線2符合隨著溫度升高K₁減小；
（2）①反應(yīng)I中參加反應(yīng)的CO₂、NH₃的物質(zhì)的量之比為1：2，根據(jù)圖知，相同時(shí)間內(nèi)物質(zhì)的量濃度變化大的是氨氣、物質(zhì)的量濃度變化量小的是二氧化碳，
該反應(yīng)CO₂（g）+2NH₃（g）?NH₂COONH₄（s）
開(kāi)始（mol/L）0.3 0.6
反應(yīng)（mol/L）0.2 0.4
平衡（mol/L）0.1 0.2
化學(xué)平衡常數(shù)=$\frac{1}{0.1×0.2}$=50，
溫度不變化學(xué)平衡常數(shù)不變，
設(shè)再次達(dá)到平衡時(shí)氨氣濃度為x，
加入1mol二氧化碳、2mol氨氣瞬間，c（CO₂）=0.1mol/L+$\frac{1mol}{10L}$=0.2mol/L、c（NH₃）=0.2mol/L+$\frac{2mol}{10L}$=0.4mol/L，
該反應(yīng)CO₂（g）+2NH₃（g）?NH₂COONH₄（s）
開(kāi)始（mol/L）0.2 0.4
反應(yīng)（mol/L）0.2-0.5x 0.4-x
平衡（mol/L）0.5x x
溫度不變化學(xué)平衡常數(shù)不變，則$\frac{1}{0.5x．x}$=50
x=0.2，所以改變條件時(shí)氨氣濃度由0.4mol/L變?yōu)?.2mol/L，且反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間小于15min，
所以其圖象為，
故答案為：；
②若保持溫度和壓強(qiáng)不變，再向容器中充入3molCO₂，容器體積增大，但氨氣濃度減小，平衡逆向移動(dòng)，
v_正＜v_逆，
故答案為：＜；
（3）①羥胺具有較強(qiáng)還原性，能將AgBr還原為Ag，則N元素失電子生成氣體X，高溫下1mol氣體X分解生成0.5molO₂和1mol單質(zhì)Y，則Y是氮?dú)猓琌、N原子個(gè)數(shù)之比=（0.5mol×2）：（1mol×2）=1：2，X化學(xué)式為N₂O，羥胺和AgBr反應(yīng)還生成水和HBr，則反應(yīng)方程式為2NH₂OH+4AgBr=4Ag+N₂O↑+4HBr+H₂O，
故答案為：2NH₂OH+4AgBr=4Ag+N₂O↑+4HBr+H₂O；
②該溶液中c（NH₃OH⁺）≈c（OH^-）=3.0×10^-6，電離平衡常數(shù)K=$\frac{c（N{H}_{3}O{H}^{+}）．c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{2}OH）}$=$\frac{（3.0×1{0}^{-6}）^{2}}{c（N{H}_{2}OH）}$=9.0×10^-9，則c（NH₂OH）=1×10^-3，羥胺的電離度=$\frac{3.0×1{0}^{-6}}{1×1{0}^{-3}}$×100%=0.30%，
故答案為：0.30%；
③汞電極上NO₃^-可轉(zhuǎn)化為NH₂OH，該電極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，為陰極，則Pt是陽(yáng)極，水得電子生成氧氣和氫離子，負(fù)極反應(yīng)式為NO₃^-+6e^-+7H⁺=NH₂OH+2H₂O、正極反應(yīng)式為2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，則電池反應(yīng)式為2HNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NH₂OH+3O₂↑，
故答案為：2HNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NH₂OH+3O₂↑．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、電解原理、外界條件對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)影響等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，難點(diǎn)是（2）①圖象畫(huà)法及（3）②電離度的計(jì)算，注意（2）①要明確溫度不變化學(xué)平衡常數(shù)不變，（3）②中c（NH₃OH⁺）、c（OH^-）的近似處理，題目難度較大．