Question

4．合成氨尿素工业生产过程中涉及到的物质转化过程如图1所示．

（1）天然气在高温、催化剂作用下与水蒸气反应生成H₂和CO的化学化学方程式为CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+3H₂．
（2）图2为合成氨反应在不同温度和压强、使用相同催化剂条件下，初始时氮气、氢气的体积比为1：3时，平衡混合物中氨的体积分数．
①若分别用v_A（NH₃）和v_B（NH₃）表示从反应开始至达平衡状态A、B时的化学反应速率，则v_A（NH₃）＜v_B（NH₃）（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在相同温度、当压强由p₁变为p₃时，合成氨反应的化学平衡常数不变．（填“变大”、“变小”或“不变”）．
（3）NH₃（g）与CO_2（g）经过两步反应生成尿素，两步反应的能量变化示意图3如下：NH₃（g）与CO₂（g）反应生成尿素的热化学方程式为2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol．人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如图4所示．阳极室中发生的反应依次为2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl．
（4）运输氨时，不能使用铜及其合金制造的管道阀门．因为在潮湿的环境中，金属铜在有NH₃存在时能被空气中的O₂氧化，生成Cu（NH₃）₄²⁺，该反应的离子方程式为2Cu+8NH₃+O₂+2H₂O═2Cu（NH₃）₄²⁺+4OH^-．

Answer 1

分析 （1）甲烷与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气；
（2）①温度越大，压强越大，反应速率越大；
②化学平衡常数只与温度有关；
（3）由图示可知，第一步：2NH₃（g）+CO₂（g）?H₂NCOONH₄（l，氨基甲酸铵）△H₁=-272KJ/mol，
第二步：H₂NCOONH₄（l）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（s）△H₂=+138KJ/mol，
根据盖斯定律，两个过程相加得到NH₃（g）与CO₂（g）反应生成尿素的热化学方程式为2NH₃（g）+CO₂（g）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（s）△H=-134kJ•mol^-1；
由图可知，阳极室首先是氯离子放电生成氯气，氯气再氧化尿素生成氮气、二氧化碳，同时会生成HCl；
（4）铜在有NH₃存在时能被空气中的O₂氧化，生成Cu（NH₃）₄²⁺，以此书写离子方程式．

解答 解：（1）甲烷与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气，该反应为CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+3H₂，
故答案为：CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+3H₂；
（2）①温度越大，压强越大，反应速率越大，由图可知，B对应的温度、压强大，则反应速率大，
故答案为：＜；
②化学平衡常数只与温度有关，显然温度不变，则化学平衡常数K不变，
故答案为：不变；
（3）由图示可知，第一步：2NH₃（g）+CO₂（g）?H₂NCOONH₄（l，氨基甲酸铵）△H₁=-272KJ/mol，
第二步：H₂NCOONH₄（l）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（s）△H₂=+138KJ/mol，
根据盖斯定律，两个过程相加得到NH₃（g）与CO₂（g）反应生成尿素的热化学方程式为2NH₃（g）+CO₂（g）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（s）△H=-134kJ•mol^-1；
由图可知，阳极室首先是氯离子放电生成氯气，氯气再氧化尿素生成氮气、二氧化碳，同时会生成HCl，阳极室中发生的反应依次为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl，
故答案为：2NH₃（g）+CO₂（g）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-134 kJ/mol；2Cl^--2e^-=Cl₂↑；CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
（4）铜在有NH₃存在时能被空气中的O₂氧化，生成Cu（NH₃）₄²⁺，该离子反应为2Cu+8NH₃+O₂+2H₂O═2Cu（NH₃）₄²⁺+4OH^-，
故答案为：2Cu+8NH₃+O₂+2H₂O═2Cu（NH₃）₄²⁺+4OH^-．

点评 本题考查制备实验方案的设计，综合性较强，题目难度较大，涉及化学平衡及计算、离子反应、氧化还原反应，热化学反应等高考常考考点，注重学生能力的训练，把握图象及数据处理即可解答．