Question

18．湿法炼锌的冶炼过程可用如图简略表示：

请回答下列问题：
（1）NH₃的空间构型是三角锥形．氨气易液化，液氨常做制冷剂，氨气易液化的原因是氨分子之间能形成氢键．
（2）已知ZnO属于两性氧化物，写出ZnO与NaOH溶液反应的化学方程式2NaOH+ZnO=Na₂ZnO₂+H₂O．
（3）上述电解过程中析出锌的电极反应式为[Zn（NH₃）₄]²⁺+2e^-=Zn+4NH₃↑．
（4）产生的SO₂可用Ba（NO₃）₂溶液吸收，部分产物可作为工业原料，其反应的离子方程式为3SO₂+2H₂O+2NO₃^-+3Ba²⁺=3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺．
（5）用氨气制取尿素[CO（NH₂）₂]的反应为：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）△H＜0，恒温恒容密闭容器中，下列依据能说明该反应达到平衡状态的是ABD．
A．容器中气体密度不变
B．容器中气体压强不变
C．n（NH₃）：n（CO₂）=1：2
D．单位时间内消耗1mol CO₂，同时消耗1mol H₂O
E．容器内温度保持不变
（6）某温度下，向容积为100L的密闭容器中通入4mol NH₃和2mol CO₂，发生2NH₃（g）+
CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）反应，该反应进行到40s时达到平衡，此时CO₂的转化率为50%．该温度下此反应平衡常数K的值为2500．下图中的曲线表示该反应在前25s内的反应进程中的NH₃浓度变化．若反应延续至70s，保持其它条件不变情况下，请在图中用实线画出使用催化剂时该反应从开始至平衡时的曲线．

Answer 1

分析 锌精矿焙烧得到二氧化硫和ZnO，将ZnO加入NH₃-NH₄Cl溶液中，发生反应得到[Zn（NH₃）₄]Cl₂，电解[Zn（NH₃）₄]Cl₂溶液得到Zn，
（1）NH₃分子中氮原子与氢原子形成三对共用电子对，另外还有一对孤电子对，据此判断空间构型，氨分子之间能形成氢键；
（2）ZnO属于两性氧化物，ZnO与NaOH溶液反应生成Na₂ZnO₂；
（3）电解过程中析出锌的电极上[Zn（NH₃）₄]²⁺ 得电子发生还原反应；
（4）SO₂可用Ba（NO₃）₂溶液吸收，发生氧化还原反应生成一氧化氮和硫酸钡，据此写离子方程式；
（5）当可逆反应处于平衡状态时，正逆反应速率相等，各组分的含量不变，根据反应的特征，部分物质性质不变，据此判断；
（6）依据化学方程式和平衡常数K=$\frac{c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{2}（N{H}_{3}）}$，结合化学平衡三段式列式计算平衡浓度，计算平衡常数；依据催化剂的作用画出图象．

解答 解：（1）NH₃分子中氮原子与氢原子形成三对共用电子对，另外还有一对孤电子对，所以NH₃的空间构型是三角锥形，因为氨分子之间能形成氢键，所以氨气易液化，
故答案为：三角锥形；氨分子之间能形成氢键；
（2）ZnO属于两性氧化物，ZnO与NaOH溶液反应生成偏锌酸钠和水，反应方程式为2NaOH+ZnO=Na₂ZnO₂+H₂O，
故答案为：2NaOH+ZnO=Na₂ZnO₂+H₂O；
（3）电解过程中析出锌的电极上[Zn（NH₃）₄]²⁺ 得电子发生还原反应，电极反应式为[Zn（NH₃）₄]²⁺+2e^-=Zn+4NH₃↑，
故答案为：[Zn（NH₃）₄]²⁺+2e^-=Zn+4NH₃↑；
（4）SO₂可用Ba（NO₃）₂溶液吸收，发生氧化还原反应生成一氧化氮和硫酸钡，反应的离子方程式为3SO₂+2H₂O+2NO₃^-+3Ba²⁺=3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺，
故答案为：3SO₂+2H₂O+2NO₃^-+3Ba²⁺=3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺；
（5）恒温恒容密闭容器中，反应2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）△H＜0，为气体体积减小的放热反应，
A、当容器中气体密度不变时，说明反应达到平衡状态；
B、当容器中气体压强不变时，说明反应达到平衡状态；
C、当n（NH₃）：n（CO₂）=1：2时，无法判断正逆反应速率是否相等，故不能说明反应达到平衡状态；
D、单位时间内消耗1molCO₂，同时消耗1molH₂O，说明正逆反应速率相等，所以反应达到平衡状态；
E、恒温恒容密闭容器中，所以温度始终不变，无法根据温度判断平衡状态；
故答案为：ABD；
（6）2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g），反应进行到40s时达到平衡，反应达到平衡时CO₂的转化率为50%，消耗二氧化碳浓度0.02mol/L×50%=0.01mol/mol；
                 2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）
起始量（mol/L）  0.04        0.02         0            0
变化量（mol/L）  0.02         0.01        0           0.01
平衡量（mol/L）   0.02       0.01         0           0.01
则：K=$\frac{c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=$\frac{0.01}{0.0{2}^{2}×0.01}$=2500；
若反应延续至70s，保持其它条件不变情况下，使用催化剂时，改变反应速率，不改变化学平衡，曲线的转折点在横坐标40之前，纵坐标必需在20的线上，该反应的进程曲线为如图所示：，
故答案为：2500；．

点评 本题考查较为综合，涉及热化学方程式、离子方程式的书写、化学平衡影响因素分析、化学平衡的计算等知识，题目难度中等，注意掌握化学平衡及其影响因素，明确原电池、电解池工作原理，试题培养了学生的分析能力及灵活应用能力．