Question

2．1905年德国化学家哈伯发明了合成氨的方法，他因此获得了1918年度诺贝尔化学奖．氨的合成不仅解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿与死亡问题，在国防、能源、轻工业方面也有广泛用途．
Ⅰ．以氨为原料，合成尿素的反应原理为：
2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）△H=a kJ/mol．
为研究平衡时CO₂的转化率与反应物投料比（$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（N{H}_{3}）}$）及温度的关系，研究小组在10L恒容密闭容器中进行模拟反应，并绘出如图（Ⅰ、Ⅱ曲线分别表示在不同投料比时，CO₂的转化率与温度之间的关系）．
（1）a＜ 0 （填“＞”或“＜”），判断依据是投料比相同时，温度越高，二氧化碳的转化率越低，说明平衡向逆方向移动，正方向为放热反应．
（2）①投料比：＜Ⅱ（填“＞”或“＜”）．
②若n（CO₂）起始=10mol，曲线Ⅱ的投料比为0.4，在100℃条件下发生反应，达平衡至A点，则A点与起始压强比为5：7．
③A点平衡常数与B点平衡常数间的关系：K_A=K_B（填“＞”或“＜”或“=”）．B点正反应速率与C点正反应速率间的关系为：v_（B）＜v_（C）（填“＞”或“＜”或“=”）．
（3）若按曲线Ⅰ的投料比投料，在上述实验中压缩容器体积至5L，在图中画出反应达平衡时的二氧化碳的转化率与温度之间的关系曲线．
（4）为提高CO₂转化率可以采取的措施是c．
a．使用催化剂 b．及时从体系中分离出部分CO（NH₂）₂c．将体系中的水蒸气液化分离
氨气可用于工业上生产硝酸，其尾气中的NO₂可用氨水吸收生成硝酸铵，25℃时，将10molNH₄NO₃溶于水，溶液显酸性，向该溶液中滴加1L某浓度的氨水，溶液呈中性，则滴加氨水的过程中水的电离平衡将逆向（填“正向”、“逆向”或“不”） 移动，此中性溶液中NH₃•H₂O的物质的量为0.05mol．（25℃时，NH₃•H₂O的电离平衡常数K_b=2×10-5）

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）由图可知，投料比相同时，温度越高，二氧化碳的转化率越低，说明平衡向逆方向移动正方向为放热反应；
（2）①相同温度下，固定容器中增大氨气的量，可提高二氧化碳的转化率，由图可得出投料比的大小；
②根据A点二氧化碳的转化率计算出平衡时体系中气体总物质的量，利用物质的量之比等于压强之比解答；
③温度相同，平衡常数相同；温度越高，反应速率越大；
（3）按曲线Ⅰ的投料比投料，压缩容器体积，平衡向气体体积缩小的方向移动，即正方向移动，二氧化碳的转化率增大，则在相同温度下，二氧化碳的转化率同等程度高于投料Ⅰ，由此平滑的画出曲线；
（4）平衡正向移动可提高二氧化碳的转化率；
Ⅱ．NH₄NO₃溶于水，水解促进水的电离，向该溶液中滴加1L某浓度的氨水，溶液呈中性，则滴加氨水的过程中水的电离平衡将受到抑制；向该溶液中滴加1L稀氨水后溶液呈中性可知，c（OH^-）=10^-7mol/L，设平衡时NH₃•H₂O的物质的量为x，溶液的体积为1L，根据电离平衡常数的定义计算．

解答 解：Ⅰ．（1）由图可知，投料比相同时，温度越高，二氧化碳的转化率越低，说明平衡向逆方向移动，逆方向为吸热反应，正方向为放热反应，△H＜0，则a＜0，
故答案为：＜；投料比相同时，温度越高，二氧化碳的转化率越低，说明平衡向逆方向移动，正方向为放热反应；
（2）①相同温度下，投料Ⅰ时CO₂的转化率高，投料Ⅱ的转化率低，在固定容器中增大氨气的量，可提高二氧化碳的转化率，说明反应物投料比$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（N{H}_{3}）}$是Ⅰ中的小，
故答案为：＜；
②若n（CO₂）起始=10mol，曲线Ⅱ的投料比为0.4，则n（NH₃）=$\frac{10mol}{0.4}$=25mol，达到平衡A点时，二氧化碳的转化率为50%，则有三行式：
              2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）
起始量：25mol            10mol          0mol                  0mol
改变量：10mol             5mol           5mol                  5mol
平衡量：15mol             5mol           5mol                  5mol
则平衡时气体总物质的量为25mol，起始气体总物质的量为35mol，则A点与起始压强比=物质的量之比，即$\frac{25mol}{35mol}$=$\frac{5}{7}$，
故答案为：5：7；
③A点和B点的温度相同，所以平衡常数相同；C点的温度更高，所以C点正反应速率比B点的正反应速率高，
故答案为：=；＜；
（3）按曲线Ⅰ的投料比投料，压缩容器体积，平衡向气体体积缩小的方向移动，即正方向移动，二氧化碳的转化率增大，则在相同温度下，二氧化碳的转化率同等程度高于投料Ⅰ，由此平滑的画出曲线：，
故答案为：；
（4）a．使用催化剂，平衡不移动，不能提高二氧化碳的转化率，故a错误；
b．及时从体系中分离出部分CO（NH₂）₂，尿素的浓度不变，平衡不移动，不能提高二氧化碳的转化率，故b错误；
c．将体系中的水蒸气液化分离，减小生成物浓度，平衡正向移动，提高了二氧化碳的转化率，故c正确；
故答案为：c；
Ⅱ．NH₄NO₃溶于水，溶液显酸性，是铵根的水解引起：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，水解促进水的电离，向该溶液中滴加1L某浓度的氨水，溶液呈中性，则滴加氨水的过程中水的电离平衡将受到抑制，即逆向移动，向该溶液中滴加1L稀氨水后溶液呈中性可知，c（OH^-）=10^-7mol/L，
设平衡时NH₃•H₂O的物质的量为x，溶液的体积为1L，
则：NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-     
平衡时的浓度（mol/L ）：x             10      10^-7
由电离平衡常数可知：$\frac{10×1{0}^{-7}}{x}$=2×10^-5，x=0.05，
故答案为：逆向；0.05．

点评 本题考查化学平衡的影响因素以及弱电解质的电离平衡等知识，综合性较强，需要扎实的基础知识和灵活解决问题的能力，注意三段式解题法的运用．