题目内容

15．工业上以CO2和NH3为原料合成尿素．在尿素合成塔中的主要反应可表示如下：
反应Ⅰ：2NH3（g）+CO2（g）?NH2CO2NH4（s）△H1=-159.47kJ•mol-1
反应Ⅱ：NH2CO2NH4（s）?CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H2=+72.49kJ•mol-1
总反应Ⅲ：2NH3（g）+CO2（g）?CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H3
回答下列问题：
（1）在相同条件下，反应Ⅰ分别在恒温恒容容器中和绝热恒容容器中进行，二者均达到平衡后，c（CO2）恒温小于c（CO2）绝缘（填“大于”、“小于”或“等于”）：△H3=-86.98KJ/mol．
（2）某研究小组为探究反应Ⅰ中影响c（CO2）的因素，在恒温下将0.4molNH3和0.2molCO2放入容积为2L的密闭容器中，t1时达到化学平衡，c（CO2）随时间t变化曲线如图1所示，在0-t1时间内该化学反应速率v（NH3）=$\frac{0.15}{{t}_{1}}$mol/（L•min）；若其他条件不变，t1时将容器体积压缩到1L，t2时达到新的平衡．请在图1中画出t1-t2时间内c（CO2）随时间t变化的曲线．
（3）在150℃时，将2molNH3和1molCO2置于aL密闭容器中，发生反应Ⅲ，在t时刻，测得容器中CO2转化率约为73%，然后分别在温度为160℃、170℃、180℃、190℃时，保持其它初始实验条件不变，重复上述实验，经过相同时间测得CO2转化率并绘制变化曲线（见图2）．在150℃-170℃之间，CO2转化率呈现逐渐增大的变化趋势，其原因是在150℃-170℃之间反应未达到平衡状态，温度越高反应速率越快，CO2转化率就越向平衡靠拢．180℃时反应Ⅲ的平衡常数K3=12a2（mol/L）2（用含a的式子表示）．
（4）侯氏制碱法主要原料为NaCl、CO2和NH3，其主要副产品为NH4Cl，已知常温下，NH3•H2O的电离常数Kb=1.8×10-5，则0.2mol•L-1NH4Cl溶液的pH约为5（取近似整数）．

分析 （1）反应Ⅰ分别在恒温恒容容器中和绝热恒容容器中进行，二者均达到平衡后，绝热容器中温度升高平衡逆向进行，二氧化碳浓度增大，结合热化学方程式和盖斯定律计算所需热化学方程式；
（2）0-t1时间内该化学反应速率v（CO2）=$\frac{△c}{△t}$，化学反应速率之比等于化学方程式计量数之比计算氨气的反应速率；图象分析二氧化碳的平衡浓度为0.025mol/L，体积缩小一半浓度增大一倍应为0.05mol/L，随反应进行达到平衡状态，因为生成物为固体，最后达到相同平衡状态，二氧化碳浓度不变，据此画出变化曲线；
（3）图象变换分析可知，开始二氧化碳转化率增大，到170°C最大，随温度升高，二氧化碳转化率减小，反应是放热反应，说明平衡逆向进行的结果，说明170°C前反应为达到平衡状态，180°C二氧化碳转化率为75%，结合化学平衡三行计算列式计算得到平衡浓度，平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓缩幂次方乘积}$；
（4）氯化铵溶液中铵根离子水解溶液显酸性，NH4++H2O?NH3•H2O+H+，K=$\frac{c（{H}^{+}）c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$=$\frac{c（{H}^{+}）c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$×$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{Kw}{Kb}$，一水合氨和氢离子浓度近似相同计算得到氢离子浓度，求算溶液PH．

解答 解：（1）反应Ⅰ分别在恒温恒容容器中和绝热恒容容器中进行，二者均达到平衡后，绝热容器中温度升高平衡逆向进行，二氧化碳浓度增大，c（CO2）恒温小于c（CO2）绝缘，结合热化学方程式和盖斯定律计算所需热化学方程式，
反应Ⅰ：2NH3（g）+CO2（g）?NH2CO2NH4（s）△H1=-159.47kJ•mol-1
反应Ⅱ：NH2CO2NH4（s）?CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H2=+72.49kJ•mol-1
盖斯定律计算Ⅰ+Ⅱ得到总反应Ⅲ：2NH3（g）+CO2（g）?CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H3=-159.47kJ•mol-1+（+72.49kJ•mol-1）=-86.98KJ/mol，
故答案为：小于；-86.98KJ/mol；
（2）0-t1时间内该化学反应速率v（CO2）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.1mol/L-0.025mol/L}{{t}_{1}}$=$\frac{0.075}{{t}_{1}}$mol/（L•min），化学反应速率之比等于化学方程式计量数之比计算氨气的反应速率V（NH3）=2v（CO2）=2×$\frac{0.075}{{t}_{1}}$mol/（L•min）=$\frac{0.15}{{t}_{1}}$mol/（L•min），在恒温下将0.4mol NH3和0.2mol CO2放入容积为2L的密闭容器中，达到平衡时，
                2NH3（g）+CO2（g）?NH2CO2NH4（s）
起始量（mol/L）  0.2       0.1           0
变化量（mol/L） 0.15       0.075
平衡量（mol/L） 0.05        0.025
t1时达到平衡过程中c（CO2）随时间t变化趋势曲线如图2所示．若其他条件不变，t1时将容器体积压缩到1L，二氧化碳浓度应增大到0.05mol/L，压强增大，平衡正向进行，由于生成物是固体，所以达到平衡状态，二氧化碳浓度保持不变，据此画出变化曲线为：
，
故答案为：$\frac{0.15}{{t}_{1}}$mol/（L•min）；；
（3）在150℃-170℃之间，CO2转化率呈现逐渐增大的变化趋势，到170°C最大，随温度升高，二氧化碳转化率减小，反应是放热反应，升温平衡逆向进行，二氧化碳转化率减小，所以170度C反应达到平衡状态，在150℃-170℃之间，CO2转化率呈现逐渐增大的变化趋势的原因是在150℃-170℃之间反应未达到平衡状态，温度越高反应速率越快，CO2转化率就越向平衡靠拢，在150℃时，将2molNH3和1molCO2置于aL密闭容器中，到180°C时二氧化碳转化率为75%，二氧化碳消耗物质的量为75%×1mol=0.75mol，结合三行计算列式得到
            2NH3（g）+CO2（g）?CO（NH2）2（s）+H2O（g）
起始量（mol） 2        1          0            0
变化量（mol）0.75×2   0.75       0.75         0.75
平衡量（mol）0.5       0.25       0.75         0.75
平衡常数K=$\frac{\frac{0.75}{a}}{（\frac{0.5}{a}）^{2}×\frac{0.25}{a}}$=12a2（mol/L）2，
故答案为：12a2（mol/L）2；
（4）氯化铵溶液中铵根离子水解溶液显酸性，NH4++H2O?NH3•H2O+H+，K=$\frac{c（{H}^{+}）c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$=$\frac{c（{H}^{+}）c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$×$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{Kw}{Kb}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1.8×1{0}^{-5}}$，水解生成的一水合氨浓度近似等于氢离子浓度，则c2（H+）=K×c（NH4+），c（H+）=$\sqrt{Kc（N{{H}_{4}}^{+}）}$=$\sqrt{\frac{1{0}^{-14}}{1.8×1{0}^{-5}}×0.2}$≈10-5mol/L，PH=5，
故答案为：5．

点评 本题考查了热化学方程式书写、化学反应速率和平衡常数的计算、平衡影响因素和图象绘制方法，盐类水解后溶液PH的计算方法等知识点，掌握基础是解题关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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5．下列化学用语的表述正确的是（　　）
A．离子结构示意图：   可以表示16O2-，也可以表示18O2-
B．比例模型：  可以表示甲烷分子，也可以表示四氯化碳分子
C．氯化铵的电子式为：
D．二氧化碳分子的比例模型是：
6．下列物质：①Cl2　②HBr　③H2O　④H2，其中在一定条件下能与乙烯发生加成反应的是（　　）
A．①②B．③④C．①③④D．全部
3．甲苯是一种重要的有机原料，它不仅可用于制取重要的食用香料肉桂酸丙烯酯，还可用于合成常用药物布洛芬，其合成路线如下（部分反应条件及产物略去）．

已知：
Ⅰ．
Ⅱ．
（1）甲苯的分子式是C7H8，布洛芬中官能团的名称是羧基；
（2）试剂a的结构简式是；
（3）第③步的化学方程式是+CH2=CHCH2OH$→_{△}^{浓硫酸}$+H2O；
（4）第④～⑥步中属于加成反应的有④⑥（填步骤编号）；
（5）第⑤步的化学方程式是；
（6）布洛芬的一种同分异构体C与NaOH溶液共热反应，生成丙酸钠和化合物D，D的苯环上只有一条侧链且与浓硫酸共热不能发生消去反应，D的结构简式是．
10．X、Y、Z、W是原子序数逐渐增大的四种短周期主族元素，其原子半径如下表，已知Y、Z两种元素的单质是空气主要成分，W原子最外层电子数与Ne原子最外层电子数相差1．下列说法正确的是（　　）
元素XYZW
原子半径/nm0.0370.0750.0740.099
A．Y、Z、W处于周期表中同一周期B．通常状况下得不到纯净的YZ2
C．X与Z形成的化合物不含非极性键D．X、Z、W形成的化合物为弱酸
20．氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节．回答下列问题：

（1）与汽油相比，氢气作为燃料的优点是污染小、可再生、来源广、资源丰富、燃烧热值高（至少答出两点）．
但是氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：H2+2OH--2e-=2H2O．
（2）氢气可用于制备H2O2．已知：
H2（g）+A（l）═B（l）△H1
O2（g）+B（l）═A（l）+H2O2（l）△H2 
其中A、B为有机物，两反应均为自发反应，则H2（g）+O2（g）═H2O2（l）的△H=＜0（填“＞”或“=”）
（3）在恒温恒容的密闭容器中，某储氢反应：MHx（s）+yH2（g）?MHx+2y（s）△H＜0达到化学平衡．下列有关叙述正确的是ac
a．容器内气体压强保持不变
b．吸收ymol H2只需1mol MHx
c．若降温，该反应的平衡常数增大
d．若向容器内通入少量氢气，则v（放氢）＞v（吸氢）
（4）利用太阳能直接分解水制氢，是最具吸引力的制氢途径，其能量转化形式为将光能转化为化学能．
（5）化工生产的副产氢也是氢气的来源，电解法制取有广泛用途的Na2FeO4．同时获得氢气：Fe+2H2O+2OH-→FeO42-+3H2↑，装置如图所示，装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO42-，镍电极有气泡产生．若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质．已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原．
①电解一段时间后，c（OH-）降低的区域在阳极室（填“阴极室”或“阳极室”）．
②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因为防止Na2FeO4与H2反应使产率降低．
③c（Na2FeO4）随初始c（NaOH）的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c（Na2FeO4）低于最高值的原因M点：c（OH-）低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢（或N点：c（OH-）过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na2FeO4产率降低）．
7．（1）三种弱酸HA、H2B、HC，电离平衡常数的数值为：①1.8×10-5、②5.6×10-11、③4.9×10-10、④4.3×10-7（数据顺序已打乱），已知三种酸和它们的盐之间能发生以下反应：
①HA+HB-（少量）=A-+H2B，②H2B（少量）+C-=HB-+HC，③HA（少量）+C-=A-+HC．．则三种酸对应的电离平衡常数分别为（请填空）
HAH2BHC
KaK${\;}_{{a}_{1}}$K${\;}_{{a}_{2}}$K${\;}_{{a}_{3}}$K${\;}_{{a}_{4}}$
数值   
（2）常温下0.1mol/LCH3COOH溶液加水稀释过程，下列表达式数据一定变小的是A．
A．c（H+）   B．c（H+）•c（OH-）   C.$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）}{c（{H}^{+}）}$    D.$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（{H}^{+}）}$
（3）体积为10mLpH=2醋酸溶液与一元酸HX分别加水稀释至1000mL，稀释过程pH变化分别为HX3.6、CH3COOH3.2，则HX电离平衡常数大于（填大于、等于或小于）醋酸平衡常数；理由是因为稀释相同倍数，HX的pH变化比CH3COOH大，即HX更易电离，所以HX电离平衡常数也大．
4．纤维素是化工厂重要的原料，通过对纤维素的处理可以得到P，其生产流程如图：
已知：①CH3CH2Br+NaOH$→_{△}^{水}$CH3CH2OH+NaBr
②2CH3CH2OH$→_{△}^{浓H_{2}SO_{4}}$CH3CH2OCH2CH3+H2O
（1）C中含有官能团的名称为羟基．
（2）B的结构简式为CH2BrCH2Br．
（3）写出反应②的化学方程式C6H12O6$\stackrel{酒化酶}{→}$2CH3CH2OH+2CO2．
（4）写出反应④的化学方程式CH2BrCH2Br+2NaOH$→_{△}^{H_{2}O}$HOCH2CH2OH+2NaBr，该反应类型是水解反应或取代反应．
（5）写出符合下列要求的P的一种同分异构体的结构简式：、（任写一种）（不考虑立体异构）
a.1mol该有机物与足量钠反应生成1molH2
b．分子结构中有六元环
c．环上的一氯代物只有2种．
8．某物质用途广泛，可用作分析试剂、媒染剂、催化剂及化工原料．经测定它含有铁元素，摩尔质量为482g/mol．为进一步确定它的组成，某化学兴趣小组做了以下实验：
Ⅰ）．称取48.20g该物质溶于水，配成100mL溶液，所得溶液显棕黄色．
Ⅱ）．取上述溶液50mL于试管中，加入足量的0.1mol/LNaOH溶液，并加热，产生的气体经干燥后通入浓硫酸中，浓硫酸增重0.85g；产生的红褐色沉淀经过过滤、洗涤、灼烧后得4.00g固体．
Ⅲ）．另取上述溶液50mL于试管中，加入足量的BaCl2溶液，产生不溶于盐酸的白色沉淀 23.30g．
请回答下列问题：
（1）实验Ⅱ中产生气体的电子式．
（2）该物质的化学式为NH4Fe（SO4）2•12H2O，请写出有关该物质的一个用途氮肥．
（3）该物质溶液中逐滴加入氢氧化钡溶液至金属元素完全沉淀时的化学反应方程式NH4Fe（SO4）2+3Ba（OH）2=（NH4）2SO4+3BaSO4↓+2Fe（OH）3↓．
（4）将SO2气体通入该物质的溶液中可以观察到的实验现象是溶液由棕黄色变为浅绿色，写出该反应的离子 方程式2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+．
（5）请设计实验方案验证该物质中金属阳离子：取少量固体于试管中，加水充分溶解，滴加硫氰化钾溶液，若溶液显血红色，即可证明该物质中一定存在Fe3+．

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