Question

17．合理应用和处理氮的化合物，在生产生活中有重要意义．
（1）尿素[CO（NH₂）₂]是一种高效化肥，也是一种化工原料．
①以尿素为原料在一定条件下发生反应：CO（NH₂）₂ （s）+H₂O（l）?2NH₃（g）+CO₂（g）?△H=+133.6kJ/mol．该反应的化学平衡常数的表达式K=c²（NH₃）•c（CO₂）．关于该反应的下列说法正确的是a（填序号）．
a．从反应开始到平衡时容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变
b．在平衡体系中增加水的用量可使该反应的平衡常数增大
c．降低温度使尿素的转化率增大
②尿素在一定条件下可将氮的氧化物还原为氮气．
结合①中信息，尿素还原NO（g）的热化学方程式是2CO（NH₂）₂（s）+6NO（g）=5N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1804.7KJ/mol．
③密闭容器中以等物质的量的NH₃和CO₂为原料，在120℃、催化剂作用下反应生成尿素：CO₂（g）+2NH₃（g）═CO （NH₂）₂ （s）+H₂O（g），混合气体中NH₃的物质的量百分含量[ϕ（NH₃）]随时间变化关系如图所示．则a点的正反应速率ν_（正）（CO₂）＞b点的逆反应速率ν_（逆）（CO₂）（填“＞”、“=”或“＜”）；氨气的平衡转化率是75%．

（2）NO₂会污染环境，可用Na₂CO₃溶液吸收NO₂并生成CO₂．已知9.2g NO₂和Na₂CO₃溶液完全反应时转移电子0.1mol，此反应的离子方程式是2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂；恰好反应后，使溶液中的CO₂完全逸出，所得溶液呈弱碱性，则溶液中离子浓度大小关系是c（Na⁺）＞c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）①化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
a．混合气体中只有氨气、二氧化碳，二者物质的量之比为定值2：1，平均相对分子质量不变；
b．平衡常数只受温度影响；
c．正反应为吸热反应，降低温度平衡逆向移动；
②尿素在一定条件下可将氮的氧化物还原为氮气，反应方程式为：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，
由图可得热化学方程式：②4NH₃（g）+6 NO（g）=5 N₂（g）+6H₂O（l）△H=-2071.9 kJ/mol，
根据盖斯定律，①×2+②可得：2 CO（NH₂）₂（s）+6 NO（g）=5 N₂（g）+2CO₂（g）+4 H₂O（l）；
③a点未到达平衡，反应继续向正反应进行，正反应速率减小、逆反应速率增大到b点平衡状态时正逆速率相等；
设NH₃和CO₂的起始物质的量为1mol，平衡时氨气转化率为x，表示出平衡时各组分物质的量，结合氨气的体积分数20%列方程计算；
（2）9.2gNO₂的物质的量$\frac{9.2g}{46g/mol}$=0.2mol，Na₂CO₃溶液完全反应生成CO₂时转移电子0.1mol，反应中只有N元素化合价变化，则N的化合价分别由+4价变化为+5价和+3价，反应的离子方程式为：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂，在碱性溶液中应生成NaNO₃和NaNO₂，二者浓度相等，NO₂^-水解溶液呈碱性．

解答 解：（1）①化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出，CO（NH₂）₂ （s）+H₂O（l）?2NH₃（g）+CO₂（g）平衡常数K=c²（NH₃）•c（CO₂）；
a．混合气体中只有氨气、二氧化碳，二者物质的量之比为定值2：1，平均相对分子质量不变，故a正确；
b．平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，增加水的用量不影响平衡常数，故b错误；
c．正反应为吸热反应，降低温度平衡逆向移动，尿素的转化率减小，故c错误，
故答案为：c²（NH₃）•c（CO₂）；a；
②尿素在一定条件下可将氮的氧化物还原为氮气，反应方程式为：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，
由图可得热化学方程式：②4NH₃（g）+6 NO（g）=5 N₂（g）+6H₂O（l）△H=-2071.9 kJ/mol，
根据盖斯定律，①×2+②可得：2CO（NH₂）₂（s）+6NO（g）=5N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1804.7KJ/mol，
故答案为：2CO（NH₂）₂（s）+6NO（g）=5N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1804.7KJ/mol；
③氨气的体积分数从50%变化为20%后体积分数保持不变，说明b点反应达到平衡状态，a点氨气体积百分含量大于b的氨气体积百分含量，说明反应正向进行达到平衡状态，a点的正反应速率大于b点的正反应速率，故v_正（CO₂）＞v_逆（CO₂）；
设NH₃和CO₂的起始物质的量为1mol，平衡时氨气转化率为x，则：
            CO₂（g）+2NH₃（g）?CO （NH₂）₂ （s）+H₂O（g），
起始量（mol）：1        1                         0
变化量（mol）：0.5x     x                        0.5x
平衡量（mol）：1-0.5x    1-x                       0.5x
氨气的体积分数=$\frac{1-x}{2-x}$=20%，解得x=75%，
故答案为：＞；75%；
（2）9.2gNO₂的物质的量$\frac{9.2g}{46g/mol}$=0.2mol，Na₂CO₃溶液完全反应生成CO₂时转移电子0.1mol，反应中只有N元素化合价变化，则N的化合价分别由+4价变化为+5价和+3价，反应的离子方程式为：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂，在碱性溶液中应生成NaNO₃和NaNO₂，二者浓度相等，NO₂^-水解溶液呈碱性，所得溶液中的离子浓度大小关系为c（Na⁺）＞c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂；c（NO₃^-）＞c（NO₂^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

点评 本题考查盖斯定律应用、化学平衡计算、平衡常数、离子浓度大小比较等，是对学生综合能力的考查，难度中等．