Question

合成氨尿素工业生产过程中涉及到的物质转化过程如下图所示．

（1）天然气在高温、催化剂作用下与水蒸气反应生成H₂和CO的化学方程式为______．
（2）在合成氨生产中，将生成的氨及时从反应后的气体中分离出来．运用化学平衡的知识分析这样做的是否有利于氨的合成，说明理由：______．
（3）如图为合成氨反应在不同温度和压强、使用相同催化剂条件下，初始时氮气、氢气的体积比为1：3时，平衡混合物中氨的体积分数．

①若分别用υ_A（NH₃）和υ_B（NH₃） 表示从反应开始至达平衡状态A、B时的化学反应速率，则υ_A（NH₃）______υ_B（NH₃）（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在相同温度、当压强由p₁变为p₃时，合成氨反应的化学平衡常数______．（填“变大”、“变小”或“不变”）．
③在250℃、1.0×10⁴kPa下，H₂的转化率为______%（计算结果保留小数点后1位）．
（4）NH₃（g） 与CO₂（g） 经过两步反应生成尿素，两步反应的能量变化示意图如下：

NH₃（g） 与CO₂（g） 反应生成尿素的热化学方程式为______．
（5）运输氨时，不能使用铜及其合金制造的管道阀门．因为，在潮湿的环境中，金属铜在有NH₃存在时能被空气中的O₂氧化，生成Cu（NH₃）₄²⁺，该反应的离子方程式为______．

Answer 1

解：（1）甲烷与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气，该反应为CH₄+H₂OCO+3H₂，故答案为：CH₄+H₂OCO+3H₂；
（2）减少生成物的浓度，化学平衡正向移动，所以移走氨气，减小生成物浓度，平衡右移，有利于氨生成，故答案为：移走氨气，减小生成物浓度，平衡右移，有利于氨生成；
（3）①温度越大，压强越大，反应速率越大，由图可知，B对应的温度、压强大，则反应速率大，故答案为：＜；
②化学平衡常数只与温度有关，显然温度不变，则化学平衡常数K不变，故答案为：不变；
③在250℃、1.0×10⁴kPa下，氨气的体积分数为50%，则
       N₂+3H₂?2NH₃
开始    1   3    0
转化    x    3x  2x
平衡  1-x   3-3x  2x
所以=50%，解得x=，则氢气的转化率为×100%=66.7%，故答案为：66.7；
（4）由图示可知，两步反应的完成的热效应与一步完成的热效应是相同的，将两个反应相加可得2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol，
故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol；
（5）铜在有NH₃存在时能被空气中的O₂氧化，生成Cu（NH₃）₄²⁺，该离子反应为2Cu+8NH₃+O₂+2H₂O═2Cu（NH₃）₄²⁺+4OH^-，故答案为：2Cu+8NH₃+O₂+2H₂O═2Cu（NH₃）₄²⁺+4OH^-．
分析：（1）甲烷与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气；
（2）减少生成物的浓度，化学平衡正向移动；
（3）①温度越大，压强越大，反应速率越大；
②化学平衡常数只与温度有关；
③在250℃、1.0×10⁴kPa下，氨气的体积分数为50%，则
       N₂+3H₂?2NH₃
开始    1   3    0
转化    x    3x  2x
平衡  1-x   3-3x  2x
所以=50%，以此计算转化率；
（4）由图示可知，两步反应的完成的热效应与一步完成的热效应是相同的；
（5）铜在有NH₃存在时能被空气中的O₂氧化，生成Cu（NH₃）₄²⁺，以此书写离子反应．
点评：本题考查制备实验方案的设计，综合性较强，题目难度较大，涉及化学平衡及计算、离子反应、氧化还原反应，热化学反应等高考常考考点，注重学生能力的训练，把握图象及数据处理即可解答．