Question

【题目】工业生产硝酸铵的流程如下图所示：

（1）硝酸铵的水溶液呈(填“酸性”、“中性”或“碱性”)；其水溶液中各离子的浓度大小顺序为：。
（2）已知N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H<0，当反应器中按n(N2)：n(H2)=1：3投料，分别在200℃、400℃、600℃下达到平衡时，混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线如下图。

①曲线a对应的温度是。
②关于工业合成氨的反应，下列叙述正确的是。
A．及时分离出NH3可以提高H2的平衡转化率
B．P点原料气的平衡转化率接近100%，是当前工业生产工艺中采用的温度、压强条件
C．上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K(M)=K(Q)＞K(N)
D．如果N点时c(NH3)＝0.2 mol·L－1 ， N点的化学平衡常数K≈0.93
（3）尿素（H2NCONH2）是一种非常重要的高效氮肥，工业上以NH3、CO2为原料生产尿素，该反应实际为二步反应：
第一步：2NH3(g)＋CO2(g)=H2NCOONH4(s) ΔH=－272 kJ·mol－1
第二步：H2NCOONH4(s)=CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH=＋138 kJ·mol－1
写出工业上以NH3、CO2为原料合成尿素的热化学方程式：
（4）某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0.5 L密闭容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳，实验测得反应中各组分随时间的变化如下左图所示：

①已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第步反应决定，总反应进行到min时到达平衡。
②反应进行到10 min时测得CO2的物质的量如图所示，则用CO2表示的第一步反应的速率v(CO2)＝ 。
③在上面右图中画出第二步反应的平衡常数K随温度的变化的示意图 。

Answer 1

【答案】
（1）酸性；c(NO3－)>c(NH4+)>c(H+)>c(OH－)
（2）200℃；ACD
（3）2NH3(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CO(NH2)2 (s) ΔH=－134kJ/mol
（4）二；55；0.148 mol/(L·min)；
【解析】（1）硝酸铵是强酸弱碱盐，溶于水溶液显酸性，NH4＋ 能发生水解反应，导致NH4 浓度降低，则水溶液中各离子的浓度大小顺序为c(NO3－)>c(NH4+)>c(H+)>c(OH－)。
（2）①工业合成氨是放热反应，升高温度平衡逆向移动，氨气的物质的量分数减小，根据图像，曲线a对应的温度是200℃。②A．及时分离出NH3 ， 平衡正向移动，可以提高H2的平衡转化率，正确；B.P点原料气的平衡转化率虽然接近100%，但对设备的要求很高，当前工业生产工艺中往往不采用这样的温度和压强，B项错误；C.上图中M和Q的温度相同，则K(M)=K(Q)，N点温度较高，对放热反应而言，温度越高，K值越小，则平衡常数K的大小关系是K(M)=K(Q)＞K(N)，正确；D．如果N点时c(NH3)＝0.2 mol·L－1 ， 此时氨的物质的量分数为20%，则混合气体的总浓度为1mol/L，氮气和氢气的浓度分别为0.2mol/L、0.6mol/L，则N点的化学平衡常数K≈（0.2×0.2）÷（0.2×0.6×0.6×0.6）=0.93，D项正确；答案选ACD。
（3）根据盖斯定律，①2NH3(g)＋CO2(g)=H2NCOONH4(s) ΔH=－272 kJ·mol－1；②H2NCOONH4(s)= CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH=＋138 kJ·mol－1 ， 将①+②可得以NH3、CO2为原料合成尿素的热化学方程式为2NH3(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CO(NH2)2 (s) ΔH=－134kJ/mol。
（4）①由图象可知在15分钟左右，氨气和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵后不再变化发生的是第一步反应，氨基甲酸铵先增大再减小最后达到平衡，发生的是第二步反应，从曲线斜率不难看出第二步反应速率慢，而总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第二步决定；根据图可知，尿素在55分钟时，物质的量不再变化，即反应在55分钟时达到平衡。②反应进行到10min时，测得CO2的物质的量为0.26mol，二氧化碳的浓度变化为c(CO2)=(1mol-0.26 mol)÷0.5L=1.48mol/L，则用CO2表示第一步反应速率v (CO2)=1.48mol/L÷10min=0.148 mol/(L·min)。③第二步反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，所以第二步反应的平衡常数K随温度的变化的示意图为： 。（1）硝酸铵是强酸弱碱盐，水解呈酸性，结合铵根离子的水解分析溶液中离子浓度的大小关系；
（2）①根据温度对化学平衡的影响进行判断；
②根据化学平衡的影响因素和平衡计算进行分析即可；
（3）根据盖斯定律计算反应热，然后书写热化学方程式；
（4）根据平衡状态的特点判断是否达到平衡状态；根据平衡常数与温度的关系进行分析并画出图像。