Question

13．合理應(yīng)用和處理氮的化合物，在生產(chǎn)生活中有重要意義．
（1）尿素[CO（NH₂）₂]是一種高效化肥，也是一種化工原料．
①以尿素為原料在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）?2NH₃（g）+CO₂（g）△H=+133.6kJ/mol，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式K=c²（NH₃）•c（CO₂），下列關(guān)于該反應(yīng)的說(shuō)法正確的是a（填序號(hào)）．
a．從反應(yīng)開(kāi)始到平衡時(shí)容器中混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變
b．在平衡體系中增加水的用量可使該反應(yīng)的平衡常數(shù)增大
c．降低溫度可使尿素的轉(zhuǎn)化率增大
②尿素在一定條件下可將氦的氧化物還原為氦氣，結(jié)合①中信息，尿素還原NO（g）的熱化學(xué)方程式是2CO（NH₂）₂（s）+6NO（g）=5N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1804.7KJ/mol
③密閉容器中以等物質(zhì)的量的NH₃和CO₂為原料，在120℃、催化劑作用下反應(yīng)生成尿素：CO₂（g）+2NH₃（g）?CO（NH₃）₂（g）+H₂O（g），混合氣體中NH3的物質(zhì)的量百分含量[φ（NH₃）]隨時(shí)間變化關(guān)系如圖2所示，則a點(diǎn)的正反應(yīng)速率v_正（CO₂）＞b點(diǎn)的逆反應(yīng)速率v_（逆）（CO₂）（填“＞”“=”或“＜”），氨氣的平衡轉(zhuǎn)化率是75%．
（2）NO₂會(huì)污染環(huán)境，可用Na₂CO₃溶液吸收NO₂并生成CO₂，已知9.2gNO₂和Na₂CO₃溶液完全反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)移電子0.1mol，此反應(yīng)的離子方程式是2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂；恰好反應(yīng)后，使溶液中的CO₂完全逸出，所得溶液呈弱堿性，則溶液中離子濃度大小關(guān)系是c（Na⁺ ）＞c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）①化學(xué)平衡常數(shù)=$\frac{生成物濃度系數(shù)冪次方}{反應(yīng)物濃度系數(shù)冪次方}$，固態(tài)和純液體不列入；a、該反應(yīng)中只有生成物是氣體，生成的氨氣和二氧化碳質(zhì)量和物質(zhì)的量比值不變；
b、化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響；
c、降溫平衡向逆向移動(dòng)；
②據(jù)已知熱化學(xué)方程式CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）?2NH₃（g）+CO₂（g）△H=+133.6kJ/mol，和圖象寫(xiě)出熱化學(xué)方程式4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H=-2071.9KJ/mol，書(shū)寫(xiě)；
③圖象分析氨氣的體積分?jǐn)?shù)從50%變化為20%后體積分?jǐn)?shù)保持不變，說(shuō)明b點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，a點(diǎn)氨氣體積百分含量大于b的氨氣體積百分含量，說(shuō)明反應(yīng)正向進(jìn)行達(dá)到平衡狀態(tài)，a點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于b點(diǎn)的正反應(yīng)速率；依據(jù)氨氣的體積分?jǐn)?shù)結(jié)合平衡三段式列式計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率；
（2）9.2g NO₂和Na₂CO₃溶液完全反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)移電子0.1mol，即每2mol NO₂和Na₂CO₃溶液反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)移電子1mol計(jì)算生成的硝酸，根據(jù)化合價(jià)的變化判斷生成物，以此書(shū)寫(xiě)反應(yīng)的離子方程式．

解答 解：（1）①尿素和水不是氣體，不列入，其化學(xué)平衡常數(shù)=$\frac{生成物濃度系數(shù)冪次方}{反應(yīng)物濃度系數(shù)冪次方}$=c²（NH₃）•c（CO₂），
a、混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量=$\frac{混合氣體的質(zhì)量總和}{混合氣體的物質(zhì)的量總和}$，該反應(yīng)中只有生成物是氣體，生成的氨氣和二氧化碳質(zhì)量和物質(zhì)的量比值不變，故a正確；
b、化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變其不變，故b錯(cuò)誤；
c、該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，降溫平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率降低，故c錯(cuò)誤；
故答案為：c²（NH₃）•c（CO₂）；a；
②已知①CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）?2NH₃（g）+CO₂（g）△H=+133.6kJ/mol，
②4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H=-2071.9KJ/mol，
據(jù)蓋斯定律，①×2+②得：2CO（NH₂）₂（s）+6NO（g）=5N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1804.7KJ/mol，
故答案為：2CO（NH₂）₂（s）+6NO（g）=5N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1804.7KJ/mol；
③氨氣的體積分?jǐn)?shù)從50%變化為20%后體積分?jǐn)?shù)保持不變，說(shuō)明b點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，a點(diǎn)氨氣體積百分含量大于b的氨氣體積百分含量，說(shuō)明反應(yīng)正向進(jìn)行達(dá)到平衡狀態(tài)，a點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于b點(diǎn)的正反應(yīng)速率，故v_正（CO₂）＞v_逆（CO₂）；
設(shè)氨氣消耗物質(zhì)的量x，開(kāi)始氨氣體積分?jǐn)?shù)為50%，假設(shè)氨氣為50mol，二氧化碳為50mol，
             CO₂+2NH₃?（NH₂）₂CO+H₂O
起始量（mol） 50  50      0       0
變化量（mol） 0.5x x     0.5x   0.5x
平衡量（mol） 50-0.5x 50-x 0.5x 0.5x
氨氣的體積分?jǐn)?shù)=$\frac{50-x}{50-0.5x+50-x+0.5x}$=20%；解得x=37.5mol，
氨氣的平衡轉(zhuǎn)化率=$\frac{37.5mol}{50mol}$×100%=75%，
故答案為：＞；75%；
（2）9.2gNO₂的物質(zhì)的量$\frac{9.2g}{46g/mol}$=0.2mol，即0.2molNO₂和Na₂CO₃溶液完全反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)移電子0.1mol，則2molNO₂和Na₂CO₃溶液反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)移電子1mol，則N的化合價(jià)分別有+4價(jià)變化為+5價(jià)和+3價(jià)，在堿性溶液中應(yīng)生成NO₃^-和NO₂^-，反應(yīng)的離子方程式為：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂，若生成的CO₂完全逸出，NO₂^-水解成堿性，所得溶液中的離子濃度大小關(guān)系為c（Na⁺）＞c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂；c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

點(diǎn)評(píng) 本題為綜合題，考查了蓋斯定律求熱化學(xué)方程式，化學(xué)平衡的移動(dòng)及平衡的計(jì)算，平衡常數(shù)的計(jì)算，題目難度大，熟悉平衡原理是解題關(guān)鍵．