Question

17．合理應用和處理氮的化合物，在生產生活中有重要意義．
（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：CO（NH₂）₂ （s）+H₂O（l）?2NH₃（g）+CO₂（g）?△H=+133.6kJ/mol．該反應的化學平衡常數(shù)的表達式K=c²（NH₃）•c（CO₂）．關于該反應的下列說法正確的是a（填序號）．
a．從反應開始到平衡時容器中混合氣體的平均相對分子質量保持不變
b．在平衡體系中增加水的用量可使該反應的平衡常數(shù)增大
c．降低溫度使尿素的轉化率增大
②尿素在一定條件下可將氮的氧化物還原為氮氣．
結合①中信息，尿素還原NO（g）的熱化學方程式是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的量的NH₃和CO₂為原料，在120℃、催化劑作用下反應生成尿素：CO₂（g）+2NH₃（g）═CO （NH₂）₂ （s）+H₂O（g），混合氣體中NH₃的物質的量百分含量[ϕ（NH₃）]隨時間變化關系如圖所示．則a點的正反應速率ν_（正）（CO₂）＞b點的逆反應速率ν_（逆）（CO₂）（填“＞”、“=”或“＜”）；氨氣的平衡轉化率是75%．

（2）NO₂會污染環(huán)境，可用Na₂CO₃溶液吸收NO₂并生成CO₂．已知9.2g NO₂和Na₂CO₃溶液完全反應時轉移電子0.1mol，此反應的離子方程式是2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂；恰好反應后，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系是c（Na⁺）＞c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）①化學平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學平衡常數(shù)中寫出；
a．混合氣體中只有氨氣、二氧化碳，二者物質的量之比為定值2：1，平均相對分子質量不變；
b．平衡常數(shù)只受溫度影響；
c．正反應為吸熱反應，降低溫度平衡逆向移動；
②尿素在一定條件下可將氮的氧化物還原為氮氣，反應方程式為：2 CO（NH₂）₂（s）+6 NO（g）=5 N₂（g）+2CO₂（g）+4 H₂O（l），
已知：①CO（NH₂）₂ （s）+H₂O（l）?2NH₃（g）+CO₂（g）?△H=+133.6kJ/mol，
由圖可得熱化學方程式：②4NH₃（g）+6 NO（g）=5 N₂（g）+6H₂O（l）△H=-2071.9 kJ/mol，
根據蓋斯定律，①×2+②可得：2 CO（NH₂）₂（s）+6 NO（g）=5 N₂（g）+2CO₂（g）+4 H₂O（l）；
③a點未到達平衡，反應繼續(xù)向正反應進行，正反應速率減小、逆反應速率增大到b點平衡狀態(tài)時正逆速率相等；
設NH₃和CO₂的起始物質的量為1mol，平衡時氨氣轉化率為x，表示出平衡時各組分物質的量，結合氨氣的體積分數(shù)20%列方程計算；
（2）9.2gNO₂的物質的量$\frac{9.2g}{46g/mol}$=0.2mol，Na₂CO₃溶液完全反應生成CO₂時轉移電子0.1mol，反應中只有N元素化合價變化，則N的化合價分別由+4價變化為+5價和+3價，反應的離子方程式為：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂，在堿性溶液中應生成NaNO₃和NaNO₂，二者濃度相等，NO₂^-水解溶液呈堿性．

解答 解：（1）①化學平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學平衡常數(shù)中寫出，CO（NH₂）₂ （s）+H₂O（l）?2NH₃（g）+CO₂（g）平衡常數(shù)K=c²（NH₃）•c（CO₂）；
a．混合氣體中只有氨氣、二氧化碳，二者物質的量之比為定值2：1，平均相對分子質量不變，故a正確；
b．平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變，增加水的用量不影響平衡常數(shù)，故b錯誤；
c．正反應為吸熱反應，降低溫度平衡逆向移動，尿素的轉化率減小，故c錯誤，
故答案為：c²（NH₃）•c（CO₂）；a；
②尿素在一定條件下可將氮的氧化物還原為氮氣，反應方程式為：2 CO（NH₂）₂（s）+6 NO（g）=5 N₂（g）+2CO₂（g）+4 H₂O（l），
已知：①CO（NH₂）₂ （s）+H₂O（l）?2NH₃（g）+CO₂（g）?△H=+133.6kJ/mol，
由圖可得熱化學方程式：②4NH₃（g）+6 NO（g）=5 N₂（g）+6H₂O（l）△H=-2071.9 kJ/mol，
根據蓋斯定律，①×2+②可得：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氨氣的體積分數(shù)從50%變化為20%后體積分數(shù)保持不變，說明b點反應達到平衡狀態(tài)，a點氨氣體積百分含量大于b的氨氣體積百分含量，說明反應正向進行達到平衡狀態(tài)，a點的正反應速率大于b點的正反應速率，故v_正（CO₂）＞v_逆（CO₂）；
設NH₃和CO₂的起始物質的量為1mol，平衡時氨氣轉化率為x，則：
            CO₂（g）+2NH₃（g）?CO （NH₂）₂ （s）+H₂O（g），
起始量（mol）：1        1                         0
變化量（mol）：0.5x     x                        0.5x
平衡量（mol）：1-0.5x    1-x                       0.5x
氨氣的體積分數(shù)=$\frac{1-x}{2-x}$=20%，解得x=75%，
故答案為：＞；75%；
（2）9.2gNO₂的物質的量$\frac{9.2g}{46g/mol}$=0.2mol，Na₂CO₃溶液完全反應生成CO₂時轉移電子0.1mol，反應中只有N元素化合價變化，則N的化合價分別由+4價變化為+5價和+3價，反應的離子方程式為：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂，在堿性溶液中應生成NaNO₃和NaNO₂，二者濃度相等，NO₂^-水解溶液呈堿性，所得溶液中的離子濃度大小關系為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⁺）．

點評 本題考查蓋斯定律應用、化學平衡計算、平衡常數(shù)、離子濃度大小比較等，是對學生綜合能力的考查，難度中等．