Question

11．氨氣是一種重要的化工原料，在工農(nóng)業(yè)中都有廣泛的應(yīng)用．
（1）NH₃和CO₂在120℃和催化劑的作用下可以合成尿素，反應(yīng)方程式如下：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）．某實(shí)驗(yàn)小組向一個(gè)容積不變的真空密閉容器中充入CO₂與NH₃合成尿素．在恒定溫度下，混合氣體中NH₃的含量隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示（該條件下尿素為固體）．A點(diǎn)的正反應(yīng)速率v_正（CO₂）大于B點(diǎn)的逆反應(yīng)速率v_逆（CO₂）（填“大于”、“小于”或“等于”），NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率為75%．
（2）氨基甲酸銨（NH₂COONH₄）是合成尿素過程中的中間產(chǎn)物．現(xiàn)將體積比為2：1的NH₃和CO₂混合氣體充入一個(gè)容積不變的真空密閉容器中，在恒定溫度下使其發(fā)生反應(yīng)并達(dá)到平衡：2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）．實(shí)驗(yàn)測得在不同溫度下的平衡數(shù)據(jù)如下表：

溫度（℃）	15.0	20.0	25.0	30.0	35.0
平衡氣體總濃度 （10-3mol/L）	2.4	3.4	4.8	6.8	9.4

①上述反應(yīng)的焓變：△H＜0，熵變△S＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．根據(jù)表中數(shù)據(jù)，列出15.0℃時(shí)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算式K=$\frac{1}{（1.6×1{0}^{-3}）^{2}×（0.8×1{0}^{-3}）}$（不要求計(jì)算結(jié)果）．
②若從已達(dá)平衡狀態(tài)的上述容器中分離出少量的氨基甲酸銨晶體，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率將不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）向含a mol NH₄NO₃的溶液中滴加b L氨水后溶液恰好呈中性，則滴加氨水的過程中水的電離平衡將
逆向（填“正向”、“不”或“逆向”）移動(dòng)，所滴加氨水的濃度為$\frac{a}{200b}$mol•L^-1（25℃時(shí)，NH₃•H₂O的電離平衡常數(shù)K_b=2×10^-5）

Answer 1

分析 （1）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）①根據(jù)表中的數(shù)據(jù)分析：溫度越高，則平衡氣體的總濃度越大，所以升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
反應(yīng)物是氣體，產(chǎn)物是固體，該反應(yīng)是熵減小的過程；
根據(jù)平衡三段式計(jì)算各物質(zhì)的平衡濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積進(jìn)行列式；
③固體量的變化，對(duì)平衡不產(chǎn)生影響；
（3）一水合氨對(duì)銨根離子水解起到抑制作用；
依據(jù)一水合氨的電離平衡常數(shù)計(jì)算得到氨水濃度．

解答 解：（1）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)=$\frac{50-x}{50-0.5x+50-x+0.5x}×100%$=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：大于；75%；
（2）①根據(jù)表中的數(shù)據(jù)分析：溫度越高，則平衡氣體的總濃度越大，所以升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故△H＜0；
反應(yīng)物是氣體，產(chǎn)物是固體，該反應(yīng)是熵減小的過程，即，△S＜0，反應(yīng)NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g），設(shè)二氧化碳濃度的變化量x，
         2NH₃（g）+CO₂（g）?NH₂COONH₄（s）．
初始濃度  0         0
變化濃度：2x        x
平衡濃度：2x        x
則3x=2.4×10^-3mol/L，即x=0.8×10^-3mol/L，2x=1.6×10^-3mol/L，
K=$\frac{1}{{c}^{2}（N{H}_{3}）•c（C{O}_{2}）}$=$\frac{1}{（1.6×1{0}^{-3}）^{2}×（0.8×1{0}^{-3}）}$，
故答案為：＜；＜；$\frac{1}{（1.6×1{0}^{-3}）^{2}×（0.8×1{0}^{-3}）}$；
③從已達(dá)平衡狀態(tài)的上述容器中分離出少量的氨基甲酸銨晶體，對(duì)平衡不產(chǎn)生影響，故反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率將不變，
故答案為：不變；
（3）加入氨水溶液抑制銨根離子水解，平衡逆向進(jìn)行；
將amolNH₄NO₃溶于水，向該溶液滴加bL 氨水后溶液呈中性，依據(jù)電荷守恒可知，溶液中氫氧根離子濃度=10^-7mol/L，c（NH₄⁺）=c（NO₃^-）；NH₃•H₂O的電離平衡常數(shù)取K_b=2×10^-5mol•L^-1，設(shè)混合后溶液體積為1L，則（NH₄⁺）=c（NO₃^-）=amol/L；根據(jù)一水合氨電離平衡得到：NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，
平衡常數(shù)K=$\frac{c（N{H}_{{4}^{+}}）•c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{amol/L×1{0}^{-7}mol/L}{[b×c（N{H}_{3}．{H}_{2}O]mol/L}$=2×10^-5mol•L^-1，解得c（NH₃•H₂O）=$\frac{a}{200b}$mol/L，
故答案為：逆向；$\frac{a}{200b}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的移動(dòng)原理、平衡常數(shù)的計(jì)算、弱電解質(zhì)溶液中的電離平衡的計(jì)算應(yīng)用等知識(shí)，綜合性較大，難度中等．