Question

11．工业上以CO₂和NH₃为原料合成尿素．该反应过程为：
反应Ⅰ：CO₂（g）+2NH₃（g）?NH₂COONH₄（s）；△H₁
反应Ⅱ：NH₂COONH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）；△H₂
反应Ⅲ：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）；△H₃＜0
（1）K₁、K₂、K₃分别为反应1、反应2、3对应的平衡常数，K₂随温度变化的曲线如图l所示，则K₁对应的是曲线2（选填“曲线1”或“曲线2”），理由是由图1知，随着温度升高，K₂增大，则△H₂＞0，根据盖斯定律得△H₃=△H₁+△H₂＜0，则△H₁＜0，曲线2符合随着温度升高K₁减小．
（2）现将CO₂和NH₃按图比例充入体积为10L的密闭容器中发生反应I，经15min达到平衡，CO₂、NH₃物质的量浓度的变化曲线如图2所示．

①若保持温度和体积不变，在第25min时再向该容器中充入1molCO₂和2molNH₃，请画出从第25min起NH₃的物质的量浓度随时间变化曲线．
②若保持温度和压强不变，再向容器中充入3molCO₂，则此时v_正＜v_逆（选填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）羟胺NH₂OH可以看作是NH₃分子内的一个氢原子被羟基取代的衍生物，具有较强的还原性，可将AgBr还原为金属Ag，同时产生一种无色有甜味的气体X，高温下1mol气体X分解生成0.5molO₂和1mol单质Y．
①写出NH₂OH与AgBr反应的化学方程式2NH₂OH+4AgBr=4Ag+N₂O↑+4HBr+H₂O．
②NH₂OH水溶液呈弱碱性，室温下其电离平衡常数K=9.0×10^-9，某NH₂OH水溶液中NH₃OH⁺的物质的量浓度为3.0×10^-6 mol/L，则该溶液中NH₂OH的电离度为0.30%．（忽略水的电离）
③以硝酸、硫酸水溶液作电解质进行电解，在汞电极上NO₃^-可转化为NH₂OH，以铂为另一极，则该电解反应的化学方程式2HNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NH₂OH+3O₂↑．

Answer 1

分析 （1）根据图1知，K₂随着温度升高而增大，说明反应II是吸热反应；将方程式I+II得方程式III，则△H₃=△H₁+△H₂＜0，则△H₁＜0，放热反应中升高温度平衡逆向移动；
（2）①反应I中参加反应的CO₂、NH₃的物质的量之比为1：2，根据图知，相同时间内物质的量浓度变化大的是氨气、物质的量浓度变化量小的是二氧化碳，
该反应CO₂（g）+2NH₃（g）?NH₂COONH₄（s）
 开始（mol/L）0.3   0.6
反应（mol/L）0.2    0.4
平衡（mol/L）0.1   0.2
化学平衡常数=$\frac{1}{0.1×0.2}$=50，
温度不变化学平衡常数不变，
设再次达到平衡时氨气浓度为x，
加入1mol二氧化碳、2mol氨气瞬间，c（CO₂）=0.1mol/L+$\frac{1mol}{10L}$=0.2mol/L、c（NH₃）=0.2mol/L+$\frac{2mol}{10L}$=0.4mol/L，
该反应CO₂（g）+2NH₃（g）?NH₂COONH₄（s）
开始（mol/L）0.2    0.4
反应（mol/L）0.2-0.5x 0.4-x
平衡（mol/L）0.5x        x
温度不变化学平衡常数不变，则$\frac{1}{0.5x．x}$=50
x=0.2
②若保持温度和压强不变，再向容器中充入3molCO₂，但氨气浓度减小，平衡逆向移动；
（3）①羟胺具有较强还原性，能将AgBr还原为Ag，则N元素失电子生成气体X，高温下1mol气体X分解生成0.5molO₂和1mol单质Y，则Y是氮气，O、N原子个数之比=（0.5mol×2）：（1mol×2）=1：2，X化学式为N₂O，羟胺和AgBr反应还生成水和HBr；
②该溶液中c（NH₃OH⁺）≈c（OH^-）=3.0×10^-6，电离平衡常数K=$\frac{c（N{H}_{3}O{H}^{+}）．c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{2}OH）}$=$\frac{（3.0×1{0}^{-6}）^{2}}{c（N{H}_{2}OH）}$=9.0×10^-9，则c（NH₂OH）=1×10^-3；
③汞电极上NO₃^-可转化为NH₂OH，该电极上得电子发生还原反应，为阴极，则Pt是阳极，水得电子生成氧气和氢离子，在得失电子相同的条件下将两极电极反应式相加即得电池反应式．

解答 解：（1）根据图1知，K₂随着温度升高而增大，说明反应II是吸热反应；将方程式I+II得方程式III，则△H₃=△H₁+△H₂＜0，则△H₁＜0，放热反应中升高温度平衡逆向移动，化学平衡常数减小，所以K₁对应的是曲线2，
故答案为：曲线2；由图1知，随着温度升高，K₂增大，则△H₂＞0，根据盖斯定律得△H₃=△H₁+△H₂＜0，则△H₁＜0，曲线2符合随着温度升高K₁减小；
（2）①反应I中参加反应的CO₂、NH₃的物质的量之比为1：2，根据图知，相同时间内物质的量浓度变化大的是氨气、物质的量浓度变化量小的是二氧化碳，
该反应CO₂（g）+2NH₃（g）?NH₂COONH₄（s）
开始（mol/L）0.3 0.6
反应（mol/L）0.2 0.4
平衡（mol/L）0.1 0.2
化学平衡常数=$\frac{1}{0.1×0.2}$=50，
温度不变化学平衡常数不变，
设再次达到平衡时氨气浓度为x，
加入1mol二氧化碳、2mol氨气瞬间，c（CO₂）=0.1mol/L+$\frac{1mol}{10L}$=0.2mol/L、c（NH₃）=0.2mol/L+$\frac{2mol}{10L}$=0.4mol/L，
该反应CO₂（g）+2NH₃（g）?NH₂COONH₄（s）
开始（mol/L）0.2 0.4
反应（mol/L）0.2-0.5x 0.4-x
平衡（mol/L）0.5x x
温度不变化学平衡常数不变，则$\frac{1}{0.5x．x}$=50
x=0.2，所以改变条件时氨气浓度由0.4mol/L变为0.2mol/L，且反应到达平衡的时间小于15min，
所以其图象为，
故答案为：；
②若保持温度和压强不变，再向容器中充入3molCO₂，容器体积增大，但氨气浓度减小，平衡逆向移动，
v_正＜v_逆，
故答案为：＜；
（3）①羟胺具有较强还原性，能将AgBr还原为Ag，则N元素失电子生成气体X，高温下1mol气体X分解生成0.5molO₂和1mol单质Y，则Y是氮气，O、N原子个数之比=（0.5mol×2）：（1mol×2）=1：2，X化学式为N₂O，羟胺和AgBr反应还生成水和HBr，则反应方程式为2NH₂OH+4AgBr=4Ag+N₂O↑+4HBr+H₂O，
故答案为：2NH₂OH+4AgBr=4Ag+N₂O↑+4HBr+H₂O；
②该溶液中c（NH₃OH⁺）≈c（OH^-）=3.0×10^-6，电离平衡常数K=$\frac{c（N{H}_{3}O{H}^{+}）．c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{2}OH）}$=$\frac{（3.0×1{0}^{-6}）^{2}}{c（N{H}_{2}OH）}$=9.0×10^-9，则c（NH₂OH）=1×10^-3，羟胺的电离度=$\frac{3.0×1{0}^{-6}}{1×1{0}^{-3}}$×100%=0.30%，
故答案为：0.30%；
③汞电极上NO₃^-可转化为NH₂OH，该电极上得电子发生还原反应，为阴极，则Pt是阳极，水得电子生成氧气和氢离子，负极反应式为NO₃^-+6e^-+7H⁺=NH₂OH+2H₂O、正极反应式为2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，则电池反应式为2HNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NH₂OH+3O₂↑，
故答案为：2HNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NH₂OH+3O₂↑．

点评 本题考查化学平衡计算、电解原理、外界条件对化学平衡移动影响等知识点，侧重考查学生分析计算能力，难点是（2）①图象画法及（3）②电离度的计算，注意（2）①要明确温度不变化学平衡常数不变，（3）②中c（NH₃OH⁺）、c（OH^-）的近似处理，题目难度较大．