Question

氨氣是一種重要的化工產品，是生產銨鹽、尿素等的原料．工業合成氨的反應如下：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ?mol^-1．
（1）實驗室中常用來制備氨氣的化學方程式為

 

．
（2）已知H₂（g）的燃燒熱為285.8kJ?mol^-1，寫出NH₃（g）在純氧中燃燒生成無毒、無害物質的熱化學方程式

 

．
（3）25℃時，將a mol （NH₄）₂SO₄溶于水，向該溶液中滴加V L稀氨水后溶液呈中性，則滴加氨水的過程中水的電離平衡將

 

（填“正向”、“不”或“逆向”）移動，所滴加稀氨水的物質的量濃度為

 

mol?L^-1．（25℃時，NH₃?H₂O的電離平衡常數K_b≈2×10^-5）．
（4）工業上常用CO₂和NH₃通過如下反應合成尿素[CO（NH₂）₂]．
CO₂（g）+2NH₃（g）

一定條件

CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）△H＜0，t℃時，向容積恒定為2L的密閉容器中加入0.10mol CO₂和0.40mol NH₃，70min開始達到平衡．反應中CO₂（g）的物質的量隨時間變化如下表所示：

時間/min	0	30	70	80	100
n（CO2）/mol	0.10	0.060	0.040	0.040	0.040

①20min時v_正（CO₂）

 

80min時v_逆（H₂O）（填“＞”、“=”或“＜”）．
②在100min時，保持其它條件不變，再向容器中充入0.050mol CO₂和0.20mol NH₃，重新建立平衡后CO₂的轉化率與原平衡相比將

 

（填“增大”、“不變”或“減小”）．
③根據表中數據在圖甲中繪制出在t℃下NH₃的轉化率隨時間變化的圖象；保持其它條件不變，則（t+10）℃下正確的圖象可能是

 

（填圖甲中的“A”或“B”）．
④圖乙所示裝置（陰、陽極均為惰性電極）可用于電解尿素[CO（NH₂）₂]的堿性溶液制取氫氣．該裝置中陽極的電極反應式為

 

，若兩極共收集到氣體22.4L（標況），則消耗的尿素為

 

g（忽略氣體的溶解）．

Answer 1

分析：（1）實驗室中常用來制備氨氣，是用固體氯化銨和固體燒堿混合加熱制得，裝置同實驗室制氧氣的裝相似，這里需要注意的是不要隨意的將銨鹽和堿換成NH₄NO₃和NaOH；
（2）將已知熱化學方程式和氫氣的燃燒熱的熱化學方程式，綜合利用蓋斯定律求解；
（3）滴加氨水的過程中，氨水電離產生的OH^-對水的電離平衡起抑制作用；可知根據電荷守恒，求溶液中銨根離子的物質的量；
（4）①化學平衡建立是從反應物投料建立平衡狀態的，所以從開始到平衡反應物的濃度在不斷減少，濃度越小速率越��；
②在100min時，保持其它條件不變，再向容器中充入0.050mol CO₂和0.20mol NH₃相當給原平體系加壓；
③第一問題考查平衡圖象的繪制，利用三段式計算出30min時NH₃的轉化率為20%，70min時NH₃的轉化率為30%，然后模仿已有曲線繪制出曲線，注意70min前的圖象不能畫成直線；
④第一個問題是電極反應式的書寫，首先從價態變化上，判斷陽極上產生氮氣，然后根據化合價的變化和電子得失守恒，電荷守恒，書寫出電極反應式．

解答：解：（1）實驗室制備氨氣的方法是加熱氯化銨和熟石灰的固體混合物，方程式為2NH₄Cl+Ca（OH）₂

△   .

CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，
故答案為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂

△   .

CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；
（2）NH₃（g）在純氧中燃燒生成無毒、無害物質量氮氣，的熱化學方程式，實際上是考查蓋斯定律的應用，根據H₂（g）的燃燒熱為285.8kJ?mol^-1，_即H₂（g）+1/2O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ?mol^-1…①，再結合已知的：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4 kJ?mol^-1…②
（①×3-②）×2即可得到：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1530 kJ?mol ^-1，
故答案為：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1530 kJ?mol ^-1； 
（3）①向（NH₄）₂SO₄溶液中滴加稀氨水的過程中水的電離平衡受到抑制，H₂O?H⁺+OH^-，加入酸和堿平衡逆向移動，因此加氨水對水的電離起逆向移動；由amol（NH₄）₂SO₄溶于水，向該溶液中滴加VL稀氨水后溶液呈中性可知，c（OH^-）=10^-7mol/L，設平衡時NH₃?H₂O的物質的量為x，溶液的體積為b，
則：NH₃?H₂O?NH₄⁺+OH^-     
     x/b    2a/b 10^-7
由電離平衡常數可知：

2a b ×10-7

x b

=2×10-5解之得：x=a/100，則c（NH₃?H₂O）=a/100V，
故答案為：逆向；a/100V；
（4）①從表中的數據可知：80min時已經達到平衡，v_逆（H₂O）=v_正（H₂O）=v_正（CO₂），而20min時未達到平衡，v_正（CO₂）大于80min時v_正（CO₂），因此：20min時v_正（CO₂）大于80min時v_逆（H₂O），
故答案為：＞；
②第一次投料是0.10molCO₂和0.40molNH₃，第二次投料是0.15molCO₂和0.60molNH₃，第二次投料建立的平衡狀態相當于再第一次投料建立平衡的基礎上再加壓，平衡正向移動，因此CO₂的轉化率將增大，故答案為：增大；
③利用三段式計算出30min時NH₃的轉化率為20%，70min時NH₃的轉化率為30%，然后模仿已有曲線繪制出曲線，注意70min前的圖象不能畫成直線，無論是吸熱還是放熱反應，溫度升高時，達到平衡的時間都會縮短；該反應是放熱反應，溫度升高，平衡會逆向移動，所以NH₃的轉化率會減小，故答案為：B；
④電極反應式為：CO（NH₂）₂-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，總反應：CO（NH₂）₂+2OH^-=CO₃^2-+N₂↑+3H₂↑
即        1molCO（NH₂）₂ ～4mol氣體，
                60g       89.6L
                15g       22.4L，
故答案為：CO（NH₂）₂-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；15．

點評：本題考查氨氣的實驗室制法的原理、蓋斯定律的應用、化學平衡的移動、電離平衡常數、等效平衡和電化學的相關知識，夸度大，涉及的知識點多，但難度不大．