Question

1．某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵（NH₂COONH₄）分解反应平衡常数和水解反应速率的测定．
（1）将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中（假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计），在恒定温度下使其达到分解平衡：NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g）．
实验测得不同温度下的平衡数据列于表：

温度/℃	15.0	20.0	25.0	30.0	35.0
平衡总压强/kPa	5.7	8.3	12.0	17.1	24.0
平衡气体总液度/mol•L-1	2.4×10-3	3.4×10-3	4.8×10-3	6.8×10-3	9.4×10-3

①可以判断该分解反应已经达到平衡的是BC．（填编号）
A.2v（NH₃）=v（CO₂）
B．密闭容器中总压强不变
C．密闭容器中混合气体的密度不变
D．密闭容器中氨气的体积分数不变
②根据表中数据，列式计算25.0℃时的分解平衡常数：K=1.6×10^-8mol³/L³．
③取一定量的氨基甲酸铵固体放在一个带活塞的密闭真空容器中，在25.0℃下达到分解平衡．若在恒温下压缩容器体积，氨基甲酸铵固体的质量增加 （填“增加”，“减少”或“不变”）．
④氨基甲酸铵分解反应的焓变△H＞0（填“＞”、“=”或“＜”），熵变△S＞0（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）已知：NH₂COONH₄+2H₂O?NH₄HCO₃+NH₃•H₂O，该研究小组分别用三份不同初始浓度的氨基甲酸铵溶液测定水解反应速率，得到c（NH₂COO^-）随时间的变化趋势如图所示．
计算25.0℃时，0～6min 氨基甲酸铵水解反应的平均速率0.05mol/（L•min）．

Answer 1

分析 （1）①反应是一个气体量增加的反应，压强对化学反应的平衡有影响，结合常用判断化学平衡的判据解答；
②根据表中25℃时的数据计算分解平衡常数，平衡常数的表达式为K=c²（NH₃）c（CO₂）；
③氨基甲酸铵的分解反应为NH₂COONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g），恒温下压缩容器体积，等效于对体系加压，结合勒夏特列原理知识解答；
④根据表中数据判断分解反应的焓变，反应是气体量增加的反应，气体量增加有助于体系混乱度增加，熵变也增加；
（2）结合25℃时，时间-浓度变化图计算化学反应速率，起始浓度为2.2mol/L，6min时浓度为1.9mol/L，化学反应平均速率为$\overline{r}=\frac{△c}{△t}$．

解答 解：（1）①A．速率关系应为$\frac{v（N{H}_{3}）}{2}=v（C{O}_{2}）$，且应指明是正反应速率还是逆反应速率，不可以作为判据，故A不选；
B．反应的压强取决于产物的压强，当体系压强不发生改变时，可以判断反应达到平衡，可以作为判据，故B可选；
C．密闭容器中混合气体的密度为$ρ=\frac{{m}_{混}}{V}$，混合气体都是产物，当混合气体的密度不再改变时，即m_混不发生改变，可以判断反应已经达到平衡，可作为判据，故C可选；
D．产物中氨气于二氧化碳的体积比在整个反应中始终满足2：1，氨气的体积分数始终不变，不可作为化学反应达到平衡的判据，故D不选．
故选BC；
②根据表中数据，当温度为25.0℃时，体系平衡总压强为12.0kPa，平衡气体总浓度为4.8×10^-3mol/L，由于整个反应中，氨气与二氧化碳的量始终满足2：1的关系，则平衡时候，$c（N{H}_{3}）=\frac{2}{3}c$，$c（C{O}_{2}）=\frac{1}{3}c$，c=4.8×10^-3mol/L，根据平衡常数表达式K=c²（NH₃）c（CO₂），则$K=（\frac{2}{3}c）^{2}×\frac{1}{3}c$=$（\frac{2}{3}c）^{2}×\frac{1}{3}c$=$\frac{4}{27}{c}^{3}$=1.6×10^-8mol³/L³．故答案为：K=c²（NH₃）c（CO₂）=$（\frac{2}{3}c）^{2}×\frac{1}{3}c=1.6×1{0}^{-8}mo{l}^{3}/{L}^{3}$；
③氨基甲酸铵的分解反应为NH₂COONH₄（s）?2NH₃+CO₂，生成物均为气体，在恒温下压缩容器体积，等效于对整个反应体系加压，由勒夏特列原理，反应朝着减压方向，即逆反应方向移动，导致氨基甲酸铵固体质量的增加．故答案为：增加；
④由表中各温度下的数据，随着温度的增加，产物总压强，总浓度均增加，说明升高温度，有利于产物的增加，即推动反应的平衡正向移动，说明正反应是吸热反应，则反应的焓变△H＞0；反应是气体量增加的反应，气体量增加有助于体系的混乱度增加，熵变也增加，则熵变△S＞0．故答案为：＞；＞；
（2）由时间-浓度图可知，随着反应的进行，反应物的浓度减小，生成物的浓度增加，0-6min时，根据反应方程式：NH₂COONH₄+2H₂O?NH₄HCO₃+NH₃•H₂O，在25℃时，从图象上对应找到25℃时的浓度变化曲线，0时刻，氨基甲酸铵的浓度为2.2mol/L，6min时刻，氨基甲酸铵的浓度为1.9mol/L，则氨基甲酸铵下降的浓度为△c=2.2mol/L-1.9mol/L=0.3mol/L，则0-6min内，氨基甲酸铵水解反应的平均速率为$\overline{r}=\frac{△c}{△t}=\frac{0.3mol/L}{6min}=0.05mol/（L•min）$．
故答案为：0.05mol/（L•min）．

点评 本题考察了化学平衡的移动，平衡常数的计算，化学反应速率，焓变和熵变等相关知识点，考查较为综合，注意高中的化学平衡常数一般是实验平衡常数，需带单位计算，题目难度中等．