Question

11．工業(yè)上以CO₂和NH₃為原料合成尿素．該反應過程為：
反應Ⅰ：CO₂（g）+2NH₃（g）?NH₂COONH₄（s）；△H₁
反應Ⅱ：NH₂COONH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）；△H₂
反應Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）；△H₃＜0
（1）K₁、K₂、K₃分別為反應1、反應2、3對應的平衡常數(shù)，K₂隨溫度變化的曲線如圖l所示，則K₁對應的是曲線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�。�
（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I，經(jīng)15min達到平衡，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時再向該容器中充入1molCO₂和2molNH₃，請畫出從第25min起NH₃的物質(zhì)的量濃度隨時間變化曲線．
②若保持溫度和壓強不變，再向容器中充入3molCO₂，則此時v_正＜v_逆（選填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）羥胺NH₂OH可以看作是NH₃分子內(nèi)的一個氫原子被羥基取代的衍生物，具有較強的還原性，可將AgBr還原為金屬Ag，同時產(chǎn)生一種無色有甜味的氣體X，高溫下1mol氣體X分解生成0.5molO₂和1mol單質(zhì)Y．
①寫出NH₂OH與AgBr反應的化學方程式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，則該電解反應的化學方程式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，說明反應II是吸熱反應；將方程式I+II得方程式III，則△H₃=△H₁+△H₂＜0，則△H₁＜0，放熱反應中升高溫度平衡逆向移動；
（2）①反應I中參加反應的CO₂、NH₃的物質(zhì)的量之比為1：2，根據(jù)圖知，相同時間內(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CO₂（g）+2NH₃（g）?NH₂COONH₄（s）
 開始（mol/L）0.3   0.6
反應（mol/L）0.2    0.4
平衡（mol/L）0.1   0.2
化學平衡常數(shù)=$\frac{1}{0.1×0.2}$=50，
溫度不變化學平衡常數(shù)不變，
設再次達到平衡時氨氣濃度為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CO₂（g）+2NH₃（g）?NH₂COONH₄（s）
開始（mol/L）0.2    0.4
反應（mol/L）0.2-0.5x 0.4-x
平衡（mol/L）0.5x        x
溫度不變化學平衡常數(shù)不變，則$\frac{1}{0.5x．x}$=50
x=0.2
②若保持溫度和壓強不變，再向容器中充入3molCO₂，但氨氣濃度減小，平衡逆向移動；
（3）①羥胺具有較強還原性，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是氮氣，O、N原子個數(shù)之比=（0.5mol×2）：（1mol×2）=1：2，X化學式為N₂O，羥胺和AgBr反應還生成水和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，為陰極，則Pt是陽極，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式相加即得電池反應式．

解答 解：（1）根據(jù)圖1知，K₂隨著溫度升高而增大，說明反應II是吸熱反應；將方程式I+II得方程式III，則△H₃=△H₁+△H₂＜0，則△H₁＜0，放熱反應中升高溫度平衡逆向移動，化學平衡常數(shù)減小，所以K₁對應的是曲線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I中參加反應的CO₂、NH₃的物質(zhì)的量之比為1：2，根據(jù)圖知，相同時間內(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CO₂（g）+2NH₃（g）?NH₂COONH₄（s）
開始（mol/L）0.3 0.6
反應（mol/L）0.2 0.4
平衡（mol/L）0.1 0.2
化學平衡常數(shù)=$\frac{1}{0.1×0.2}$=50，
溫度不變化學平衡常數(shù)不變，
設再次達到平衡時氨氣濃度為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CO₂（g）+2NH₃（g）?NH₂COONH₄（s）
開始（mol/L）0.2 0.4
反應（mol/L）0.2-0.5x 0.4-x
平衡（mol/L）0.5x x
溫度不變化學平衡常數(shù)不變，則$\frac{1}{0.5x．x}$=50
x=0.2，所以改變條件時氨氣濃度由0.4mol/L變?yōu)?.2mol/L，且反應到達平衡的時間小于15min，
所以其圖象為，
故答案為：；
②若保持溫度和壓強不變，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，
v_正＜v_逆，
故答案為：＜；
（3）①羥胺具有較強還原性，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是氮氣，O、N原子個數(shù)之比=（0.5mol×2）：（1mol×2）=1：2，X化學式為N₂O，羥胺和AgBr反應還生成水和HBr，則反應方程式為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，為陰極，則Pt是陽極，水得電子生成氧氣和氫離子，負極反應式為NO₃^-+6e^-+7H⁺=NH₂OH+2H₂O、正極反應式為2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，則電池反應式為2HNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NH₂OH+3O₂↑，
故答案為：2HNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NH₂OH+3O₂↑．

點評 本題考查化學平衡計算、電解原理、外界條件對化學平衡移動影響等知識點，側(cè)重考查學生分析計算能力，難點是（2）①圖象畫法及（3）②電離度的計算，注意（2）①要明確溫度不變化學平衡常數(shù)不變，（3）②中c（NH₃OH⁺）、c（OH^-）的近似處理，題目難度較大．