题目内容
【题目】氨基甲酸铵(H2 NCOONH4)是一种易分解、易水解的白色固体。其研究小组以浓氨水、干冰等为原料制备氨基甲酸铵的实验装置如图1所示,其主要反应的原理为2NH3(g)+CO2(g)
NH2COONH4(s) △H<0
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(1)仪器1的名称是___________。仪器3中盛装的固体是___________,其作用是___________。
(2)仪器6的一个作用是控制原料气按反应计量系数充分反应,若反应初期观察到装置内浓硫酸中产生气泡,则应该___________(填“加快”“减慢”或“不改变”)产生氨气的速率。
(3)另一种制备氨基甲酸铵的反应装置(液体石蜡和CCl4均充当惰性介质)如图2所示。
①液体石蜡鼓泡瓶的作用是______________________。
②若无冰水,则氨基甲酸铵易分解生成尿素[CO(NH2)2]请写出氨基甲酸铵受热分解的化学方程式:______________________。
③当CCl4液体中产生较多晶体悬浮物时,立即停止反应,过滤分离得到粗产品,为了将所得粗产品干燥,可采取的方法是___________(填标号)。
A.蒸馏 B.真空微热烘干 C.高压加热烘干
(4)制得的氨基甲酸铵中可能含有碳酸氢铵、碳酸铵中的一种或两种杂质(不考虑氨基甲酸铵与水的反应)。
①设计方案,进行成分探究,请填写表中空格。
限选试剂:蒸馏水、稀硝酸、BaCl2溶液、澄清石灰水、AgNO3溶液、稀盐酸。
实验步骤 | 预期现象和结论 |
步骤1:取少量固体样品于试管中,加入蒸馏水至固体溶解 | 得到无色溶液 |
步骤2:向试管中加入过量的BaCl2溶液,静置 | 若溶液不变浑浊,则证明固体中不含碳酸铵 |
步骤3:向试管中继续加入___________ | ___________,则证明固体中含有碳酸氢铵 |
②根据①的结论。取15.8g氨基甲酸铵样品,用足量氧氧化钡溶液充分处理后,过滤、洗涤、干燥,测得沉淀质量为1.97g。则样品中氨基甲酸铵的质量分数为___________。
【答案】滴液漏斗 碱石灰 干燥氨气,防止仪器5中生成的氨基甲酸铵水解 加快 通过观察气泡,控制通入NH3与CO2的速率 NH2COONH4
CO(NH2)2+H2O B 少量澄清石灰水 若溶液变浑浊 95.0%
【解析】
(1)根据仪器1的特点,仪器1名称为滴液漏斗或恒压滴液漏斗;氨基甲酸铵是一种易分解、易水解的白色固体,因此氨气需要干燥,即仪器3中盛放碱石灰或生石灰或NaOH固体,其作用是干燥氨气,防止仪器5中生成的氨基甲酸铵水解;
(2)氨气易溶于稀硫酸,CO2难溶于稀硫酸,若反应初期观察到装置内稀硫酸溶液中产生气泡,说明CO2过量,应该加快产生氨气的流速;
(3)①液体石蜡鼓泡瓶的作用是通过观察气泡,控制通入NH3与CO2的速率;
②氨基甲酸铵受热分解成尿素,由原子守恒可知还生成水,反应方程式为H2NCOONH4
CO(NH2)2+H2O;
③氨基甲酸铵受热易分解,采取减压低温烘干,即真空微热烘干,故B正确;
(4)①根据得出结论:证明固体中含有碳酸氢铵,因此试管中继续加入少量的澄清石灰水,发生NH4HCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+NH3·H2O+H2O,现象为溶液变浑浊;
②氨基甲酸铵样品用足量氢氧化钡溶液充分处理,生成沉淀的反应:Ba(OH)2+NH4HCO3=BaCO3↓+NH3·H2O+H2O,n(NH4HCO3)=n(BaCO3)=
==0.01mol,m(NH4HCO3)=0.01mol×79g·mol-1=0.79g,m(NH2COONH4)=(15.8-0.79)g=15.01g,氨基甲酸铵的质量分数为15.01/15.8×100%=95.0%。
【题目】除去水蒸气后的水煤气主要含H2、CO、CO2及少量的H2S、CH4,继续除去H2S后,可采用催化或非催化转化技术,将CH4转化成CO,得到CO、CO2和H2的混合气体,是理想的合成甲醇原料气。
(1)制水煤气的主要化学反应方程式为:C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g),此反应是吸热反应。
① 此反应的化学平衡常数表达式为________;
② 下列能增大碳的转化率的措施是________ 。
A.加入C(s) B.加入H2O(g) C.升高温度 D.增大压强
(2)将CH4转化成CO,工业上常采用催化转化技术,其反应原理为:CH4(g) +3/2O2(g)
CO(g) + 2H2O(g) △H=-519kJ/mol。工业上要选择合适的催化剂,分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验(其他条件相同)
①X在750℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
②Y在600℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;
③Z在440℃时催化效率最高,能使逆反应速率加快约1×106倍;
根据上述信息,你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是_______(填“X”或“Y”或“Z”),选择的理由是_______。
(3)合成气合成甲醇的主要反应是:2H2(g)+CO(g)
CH3OH(g)△H=-90.8kJ·mol-1 T℃时,此反应的平衡常数为160,此温度下,在密闭容器中开始只加入CO、H2,反应10min后测得各组分的浓度如下:
物质 | H2 | CO | CH3OH |
浓度/(mol·L-1) | 0.2 | 0.1 | 0.4 |
① 该时间段内反应速率v(H2)=______ mol·L-1·min-1。
② 此时,正、逆反应速率的大小:v正______v逆(填“>”、“<”或“=”)
(4)生产过程中,合成气要进行循环,其目的是____________。
(5)甲醇可制成新型燃料电池,总反应为:2CH3OH+3O2 + 4KOH=2K2CO3+6H2O该电池负极的电极反应式为______。