Question

9．氨既是实验室中常用试剂，也是工业上重要原料．
（1）某学习小组欲制备少量的氨水．供选用的试剂有：①NH₄Cl ②（NH₄）₂CO₃．提供的装置如图1，请回答下列问题：
①装置A试管内发生反应的化学方程式为（NH₄）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CO₂↑+H₂O；

②从提供的仪器中选择并组装一套本实验的合理、简洁装置，按气流方向连接顺序为（用图中标注的导管口符号表示）a→edf；
（2）氨在氧气中燃烧，生成水和一种单质．
已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-572kJ•mol^-1
写出氨在氧气中燃烧生成液态水和气态单质的热化学方程式：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1531.2 kJ•mol^-1；
（3）已知在一定条件下，将1molN₂和3molH₂混合于一个10L的密闭容器中发生的反应为N₂+3H₂$?_{高温高压}^{催化剂}$2NH₃，5min后达到平衡，平衡时氨的体积分数为25%．
①该反应的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②从反应开始到平衡时，N₂的反应速率v（N₂）=0.008mol/（L﹒min）；
（4）工业上以氨气、空气为主要原料制取硝酸．在容积恒定的密闭容器中进行反应2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H＞0．该反应的反应速率（v）随时间（t）变化的关系如图2所示．若t₂、t₄时刻只改变一个条件，下列说法正确的是（填选项序号）AB．
A．在t₁～t₂时，可依据容器内气体的压强保持不变判断反应已达到平衡状态
B．在t₂时，采取的措施可以是升高温度
C．在t₃～t₄时，可依据容器内气体的密度保持不变判断反应已达到平衡状态
D．在t₅时，容器内NO₂的体积分数是整个过程中的最大值
（5）为检验氨气与酸反应得到的某种常见氮肥的成分，某同学进行了以下实验：
①加热氮肥样品产生气体，其中一种气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，另一种气体能使澄清石灰水变浑浊．②取少量该氮肥样品溶于水，并加入少量BaCl₂溶液，没有明显变化．由此可知该氮肥的主要成分可能是C（填选项序号）； A．NH₄Cl    B．（NH₄）₂CO₃        C．NH₄HCO₃   D．NH₄NO₃
（6）硝酸厂常用Na₂CO₃溶液吸收处理尾气NO₂生成CO₂．若9.2g NO₂和Na₂CO₃溶液完全反应时转移电子0.1mol，则反应的离子方程式是：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂．

Answer 1

分析 （1）①加热氯化铵分解得到氨气与HCl，冷却后二者又反应得到氯化铵，选择碳酸铵加热分解产生氨气、水和二氧化碳；
②A为发生装置，浓硫酸可以吸收氨气，选择C吸收二氧化碳，为防止倒吸，选择D装置进行尾气处理；
（2）已知：①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-572kJ•mol^-1
根据盖斯定律，②×3-①×2可得：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）；
（3）①化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
②在一定条件下，将1molN₂和3molH₂混合于一个10L的密闭容器中，5min后达到平衡，平衡时氨的体积分数为25%，则：
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：1       3      0
变化量（mol）：x       3x     2x
平衡量（mol）：1-x     3-3x   2x
所以$\frac{2x}{4-2x}$=25%，解得x=0.4，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（N₂）；
（4）A．反应前后气体物质的量发生变化，恒温恒容下，容器内压强变化，压强保持不变说明反应已达到平衡状态；
B．升高温度，正、逆速率都增大，正反应为吸热反应，且正反应速率增大更多，平衡向正反应移动；
C．恒容条件下，反应混合气体的总质量不变，密度始终不变，；
D．由图可知，在t₂时，改变条件平衡向正反应移动，t₃时到达平衡，t₄时瞬间正反应速率不变，逆反应速率减小，平衡向正反应进行，应是NO₂降低的浓度；
（5）①加热氮肥样品生成气体，其中一种气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，该气体为氨气，说明含有铵根离子，另一种气体能使澄清石灰水变浑浊，结合选项可知，含有碳酸根离子或碳酸氢根离子，②取少量该氮肥样品溶于水，并加入少量BaCl₂溶液，没有明显变化，说明没有碳酸根离子；
（6）9.2gNO₂的物质的量为$\frac{9.2g}{46g/mol}$=0.2mol，0.2molNO₂和Na₂CO₃溶液完全反应时转移电子0.1mol，则2molNO₂和Na₂CO₃溶液反应时转移电子1mol，则N的化合价分别有+4价变化为+5价和+3价，在碱性溶液中应生成NO₃^-和NO₂^-．

解答 解：（1）①加热氯化铵分解得到氨气与HCl，冷却后二者又反应得到氯化铵，选择碳酸铵加热分解产生氨气、水和二氧化碳，化学方程式为：（NH₄）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CO₂↑+H₂O，
故答案为：（NH₄）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CO₂↑+H₂O；
②将氨气溶于水形成氨水，生成的氨气需通过碱石灰除去二氧化碳、再通入水需要防止倒吸，按气流方向连接顺序为a→e→d→f，
故答案为：edf；
（2）已知：①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-572kJ•mol^-1
根据盖斯定律，②×3-①×2可得：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1531.2 kJ•mol^-1
故答案为：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=-1531.2 kJ•mol^-1；
（3）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②设参加反应的氮气的物质的量xmol，则：
             N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：1      3      0 
变化量（mol）：x      3x     2x
平衡量（mol）：1-x    3-3x    2x
则N₂的反应速率v（N₂）=$\frac{\frac{0.4mol}{10L}}{5min}$=0.008mol/（L﹒min），
故答案为：0.008mol/（L﹒min）；
（4）A．反应前后气体物质的量发生变化，恒温恒容下，容器内压强变化，在t₁～t₂时可依据容器内气体的压强保持不变判断反应已达到平衡状态，故A正确；
B．正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，在t₂时，正、逆速率都增大，且正反应速率增大更多，平衡向正反应移动，故B正确；
C．恒容条件下，反应混合气体的总质量不变，密度始终不变，所以不能说明反应达到平衡状态，故C错误；
D．由图可知，在t₂时，改变条件平衡向正反应移动，t₃时到达平衡，t₄时瞬间正反应速率不变，逆反应速率减小，平衡向正反应进行，应是NO₂降低的浓度，故容器内NO₂的体积分数在t₃时值的最大，故D错误；
故选AB；
（5）①加热氮肥样品生成气体，其中一种气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，该气体为氨气，说明含有铵根离子，另一种气体能使澄清石灰水变浑浊，结合选项可知，含有碳酸根离子或碳酸氢根离子，②取少量该氮肥样品溶于水，并加入少量BaCl₂溶液，没有明显变化，说明没有碳酸根离子，说明盐中含有铵根离子和碳酸根离子，所以氮肥的主要成分NH₄HCO₃，故选：C；
（6）9.2gNO₂的物质的量为$\frac{9.2g}{46g/mol}$=0.2mol，0.2molNO₂和Na₂CO₃溶液完全反应时转移电子0.1mol，则2molNO₂和Na₂CO₃溶液反应时转移电子1mol，则N的化合价分别有+4价变化为+5价和+3价，在碱性溶液中应生成NO₃^-和NO₂^-，反应的离子方程式为：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂，
故答案为：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、盖斯定律应用、物质检验、离子方程式、气体制备等，属于拼合型题目，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础，难度中等．