Question

14．“無論從經(jīng)濟(jì)的發(fā)展還是人類的進(jìn)步而言，合成氨的發(fā)明都是本世紀(jì)科學(xué)領(lǐng)域中最輝煌的成就之一．”圖1是與NH₃相關(guān)的工業(yè)過程示意圖．

已知CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-571.6kJ•mol^-1
（1）請寫出CH₄（g）與O₂（g）反應(yīng)生成CO（g）和H₂（g）的熱化學(xué)反應(yīng)方程式2CH₄（g）+O₂（g）═2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.8kJ/mol．
（2）在生產(chǎn)過程中，會涉及H₂和CO₂的分離．你認(rèn)為可取的方法是c（填序號）．
a．在加壓條件下用水吸收CO₂ b．用NaOH溶液吸收CO₂ c．加壓，使CO₂液化
（3）合成尿素的反應(yīng)是分作兩步進(jìn)行的：
①CO₂（g）+2NH₃（g）═H₂NCOONH₄（aq） （氨基甲酸銨）△H=-159.47kJ•mol^-1
②H₂NCOONH₄（aq）═CO（NH₂）₂（aq）+H₂O（l）△H=﹢28.49kJ•mol^-1
在生產(chǎn)條件下，單位時間內(nèi)獲得尿素的產(chǎn)量與壓強(qiáng)和n（NH₃）：n（CO₂）的關(guān)系如圖2所示．生產(chǎn)過程中n（NH₃）：n（CO₂）的最佳配比為2：1，而實(shí)際生產(chǎn)條件下，往往使n（NH₃）：n（CO₂）≥3，這是因為有利于提高CO₂的轉(zhuǎn)化率，因為NH₃極易溶于水、便于分離、回收利用．在得到的尿素溶液中會含有少量的氨基甲酸銨，除去這種雜質(zhì)最簡便的方法是加熱．
（4）將氨分為兩部分，一部分經(jīng)逐級氧化吸收轉(zhuǎn)化為硝酸，另一部分又與HNO₃反應(yīng)生成NH₄NO₃．若HNO₃與NH₃的反應(yīng)是完全的，有標(biāo)準(zhǔn)狀況下50LNH₃經(jīng)上述反應(yīng)過程生成84g NH₄NO₃．則NH₃逐級轉(zhuǎn)化為HNO₃的轉(zhuǎn)化率為89%．

Answer 1

分析 （1）①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-571.6kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，CH₄（g）與O₂（g）反應(yīng)生成CO（g）和H₂（g）的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：①×2-②-③×2，據(jù)此計算；
（2）能分離二氧化碳和氫氣，不能將其中氣體消耗掉，且不引入新的雜質(zhì)，據(jù)此分析；
（3）根據(jù)圖象分析生產(chǎn)過程中n（NH₃）：n（CO₂）的最佳配比；結(jié)合二氧化碳的溶解性分析實(shí)際生產(chǎn)往往使n（NH₃）：n（CO₂）≥3；根據(jù)氨基甲酸銨的平衡移動分析；
（4）根據(jù)有標(biāo)準(zhǔn)狀況下50LNH₃即$\frac{50}{22.4}$=2.23mol，經(jīng)上述反應(yīng)過程生成84g NH₄NO₃即$\frac{84}{80}$=1.05mol，所以生成硝酸銨的氨氣和硝酸各1.05mol，而硝酸又是由剩余的氨氣生成的，所以2.23mol-1.05mol=1.18mol氨氣生成1.05mol的硝酸，據(jù)此計算分析．

解答 解：（1）①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-571.6kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，CH₄（g）與O₂（g）反應(yīng)生成CO（g）和H₂（g）的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：①×2-②-③×2
即2CH₄（g）+O₂（g）═2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.8kJ/mol，
故答案為：2CH₄（g）+O₂（g）═2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.8kJ/mol；
（2）a．因為二氧化碳在水中的溶解性比較小，所以不可用水吸收，故錯誤；
b．用NaOH溶液吸收CO₂，會引入新的雜質(zhì)，故錯誤；
c．加壓，使CO₂液化，分離出氫氣，故正確；
故答案為：c；
（3）根據(jù)圖象分析生產(chǎn)過程中n（NH₃）：n（CO₂）的最佳配比為2：1；因為二氧化碳的溶解性比較小，所以實(shí)際生產(chǎn)往往要增大氨氣的量，有利于提高CO₂的轉(zhuǎn)化率；因為CO₂（g）+2NH₃（g）?H₂NCOONH₄（aq）△H=-159.47kJ/mol，所以除去這種雜質(zhì)最簡便的方法是加入升溫，使平衡逆向移動；
故答案為：2：1；有利于提高CO₂的轉(zhuǎn)化率，因為NH₃極易溶于水，便于分離、回收利用；加熱；
（4）根據(jù)有標(biāo)準(zhǔn)狀況下50LNH₃即$\frac{50}{22.4}$=2.23mol，經(jīng)上述反應(yīng)過程生成84g NH₄NO₃即$\frac{84}{80}$=1.05mol，所以生成硝酸銨的氨氣和硝酸各1.05mol，而硝酸又是由剩余的氨氣生成的，所以2.23mol-1.05mol=1.18mol氨氣生成1.05mol的硝酸，根據(jù)氮守恒則NH₃～HNO₃，所以NH₃轉(zhuǎn)化為HNO₃的轉(zhuǎn)化率$\frac{1.05mol}{1.18mol}$×100%=89%，
故答案為：89%．

點(diǎn)評 本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用、影響化學(xué)平衡的因素、物質(zhì)的量濃度變化隨時間變化的曲線，題目難度中等，注意掌握影響化學(xué)平衡的因素、化學(xué)平衡的計算，試題培養(yǎng)了學(xué)生靈活應(yīng)用所學(xué)知識的能力．