Question

16．氨在生活、生产、科研中有广泛用途．
（1）已知反应Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.5kJ/mol
反应Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂ （s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ/mol
反应Ⅲ：H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol
则工业上以CO₂、NH₃为原料合成尿素和液态水的热化学方程式为2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87kJ/mol，该反应在低温条件下可以自发进行（填“高温”、“低温”或“任何温度下”）；
（2）用NH₃催化还原N_xO_y可以消除氮氧化物的污染．如有反应4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l）△H＜0，相同条件下在2L密闭容器内，选用不同的催化剂，反应产生N₂的量随时间变化如图所示．
①0～4分钟在A催化剂作用下，反应速率υ（N₂）=0.3125mol•L^-1•min^-1；
②下列说法正确的是CD；
A．该反应的活化能大小顺序是：E_a（A）＞E_a（B）＞E_a （C）
B．使用催化剂A达平衡时，N₂最终产率更大
C．单位时间内氢氧键与氮氢键断裂的数目相等时，说明反应已经达到平衡
D．若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当平衡常数不变时，说明反应已经达到平衡
（3）查阅资料可知：常温下，K_稳[Ag（NH₃）₂⁺]=1.00×10⁷，K_sp[AgCl]=2.50×10^-10．
①银氨溶液中存在平衡：Ag⁺（aq）+2NH₃（aq）?Ag（NH₃）₂⁺ （aq），该反应平衡常数的表达式为
K_稳=$\frac{c[Ag（N{H}_{3}{）_{2}}^{+}]}{c（A{g}^{+}）．{c}^{2}（N{H}_{3}）}$；
②计算得到可逆反应AgCl （s）+2NH₃（aq）?Ag（NH₃）₂⁺ （aq）+Cl^-（aq）的化学平衡常数K=2.5×10^-3，1L 1mol/L氨水中最多可以溶解AgCl0.045mol（保留2位有效数字）；
（4）工业上以氨、丙烯和空气为原料，一定条件下合成丙烯腈（CH₂=CH-CN），该反应的化学方程式为2CH₂=CH-CH₃+2NH₃+3O₂$\stackrel{一定条件下}{→}$2CH₂=CH-CN+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算I+II-III得到CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式；
根据△G=△H-T△S判断温度；
（2）①已知4分钟时氮气为2.5mol，根据v（N₂）=$\frac{△c}{△t}$计算；
②A．相同时间内生成的氮气的物质的量越多，则反应速率越快，活化能越低；
B．催化剂改变反应速率不改变化学平衡；
C．单位时间内H-O键断裂表示逆速率，N-H键断裂表示正速率，正逆速率相同则反应已经达到平衡；
D．该反应为放热反应，恒容绝热的密闭容器中，反应时温度会升高，则K会减小；
（3）①化学平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；
②可逆反应AgCl （s）+2NH₃（aq）=Ag（NH₃）₂⁺（aq）+Cl^-（aq）的化学平衡常数 K=$\frac{c[Ag（N{H}_{3}{）_{2}}^{+}]．c（C{l}^{-}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=$\frac{c[Ag（N{H}_{3}{）_{2}}^{+}]．c（C{l}^{-}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$×$\frac{c（A{g}^{+}）}{c（A{g}^{+}）}$=Ksp（AgCl）×K稳，根据化学平衡常数计算溶解AgCl的物质的量；
（4）工业上以氨、丙烯和空气为原料，一定条件下合成丙烯腈（CH₂=CH-CN），根据反应物、生成物及反应条件书写方程式．

解答 解：（1）Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.5kJ/mol
反应Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂ （s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ/mol
反应Ⅲ：H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol
依据热化学方程式和盖斯定律计算I+II-III得到CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式为：
2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0kJ/mol；
该反应△H＜0、△S＞0，所以△G=△H-T△S＜0，在低温下即可自发进行，
故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-87.0kJ/mol；低温；
（2）①已知4分钟时氮气为2.5mol，则生成的N₂为2.5mol，所以v（N₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{2.5}{2}}{4}$mol•L^-1•min^-1=0.3125 mol•L^-1•min^-1，故答案为：0.3125mol•L^-1•min^-1；
②A．相同时间内生成的氮气的物质的量越多，则反应速率越快，活化能越低，所以该反应的活化能大小顺序是：E_a（A）＜E_a（B）＜E_a（C），故A错误；
B．使用催化剂A达平衡时，改变反应速率不改变化学平衡，N₂最终产率不变，故B错误；
C．单位时间内H-O键断裂表示逆速率，N-H键断裂表示正速率，单位时间内H-O键与N-H键断裂的数目相等时，则消耗的NH₃和消耗的水的物质的量之比为4：6，则正逆速率之比等于4：6，说明反应已经达到平衡，故C正确；
D．该反应为放热反应，恒容绝热的密闭容器中，反应时温度会升高，则K会减小，当K值不变时，说明反应已经达到平衡，故D正确；
故答案为：CD；
（3）①化学平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，则化学平衡常数=$\frac{c[Ag（N{H}_{3}{）_{2}}^{+}]}{c（A{g}^{+}）．{c}^{2}（N{H}_{3}）}$，
故答案为：$\frac{c[Ag（N{H}_{3}{）_{2}}^{+}]}{c（A{g}^{+}）．{c}^{2}（N{H}_{3}）}$；
 ②可逆反应AgCl （s）+2NH₃（aq）=Ag（NH₃）₂⁺（aq）+Cl^-（aq）的化学平衡常数 K=$\frac{c[Ag（N{H}_{3}{）_{2}}^{+}]．c（C{l}^{-}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=$\frac{c[Ag（N{H}_{3}{）_{2}}^{+}]．c（C{l}^{-}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$×$\frac{c（A{g}^{+}）}{c（A{g}^{+}）}$=Ksp（AgCl）×K稳=2.50×10^-10×1.00×10⁷=2.5×10^-3，设溶解的AgCl物质的量为x，反应前后系数相同，可以用物质的量代替平衡浓度计算平衡常数，
AgCl （s）+2NH₃（aq）=Ag（NH₃）₂⁺（aq）+Cl^-（aq），
依据平衡常数=$\frac{c[Ag（N{H}_{3}{）_{2}}^{+}]．c（C{l}^{-}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=$\frac{{x}^{2}}{（1-2x）^{2}}$=2.5×10^-3，
1-2x≈1，计算得到x=0.045mol，
故答案为：2.5×10^-3；0.045；
（4）工业上以氨、丙烯和空气为原料，一定条件下合成丙烯腈（CH₂=CH-CN），根据反应式、生成物及反应条件知，该反应的化学方程式为2CH₂=CH-CH₃+2NH₃+3O₂$\stackrel{一定条件下}{→}$ 2CH₂=CH-CN+6H₂O，
故答案为：2CH₂=CH-CH₃+2NH₃+3O₂$\stackrel{一定条件下}{→}$ 2CH₂=CH-CN+6H₂O．

点评 本题考查化学平衡计算、难溶物的溶解平衡计算、化学平衡影响因素、盖斯定律等知识点，侧重考查学生分析、计算及知识灵活运用能力，难点是难溶物的溶解平衡计算，注意（2）②D选项中容器绝热会导致反应过程中有温度变化，为易错点．