Question

5．氨在生活、生產(chǎn)、科研中有廣泛用途．
（1）已知反應Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.5kJ/mol
反應Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂ （s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ/mol
反應Ⅲ：H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol則工業(yè)上以CO₂、NH₃為原料合成尿素和液態(tài)水的熱化學方程式為2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）H=-87kJ/mol，該反應在低溫條件下可以自發(fā)進行（填“高溫”、“低溫”或“任何溫度下”）；
（2）用NH₃催化還原N_xO_y可以消除氮氧化物的污染．如有反應4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l）△H＜0，相同條件下在2L密閉容器內(nèi)，選用不同的催化劑，反應產(chǎn)生N₂的量隨時間變化如圖所示．
①0～4分鐘在A催化劑作用下，反應速率υ（N₂）=0.3125mol•L^-1•min^-1；
②下列說法正確的是CD；
A．該反應的活化能大小順序是：E_a（A）＞E_a（B）＞E_a（C）
B．使用催化劑A達平衡時，N₂最終產(chǎn)率更大
C．單位時間內(nèi)氫氧鍵與氮氫鍵斷裂的數(shù)目相等時，說明反應已經(jīng)達到平衡
D．若在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生反應，當平衡常數(shù)不變時，說明反應已經(jīng)達到平衡
（3）查閱資料可知：常溫下，K_穩(wěn)[Ag（NH₃）₂⁺]=1.00×10⁷，K_sp[AgCl]=2.50×10^-10．
①銀氨溶液中存在平衡：Ag⁺（aq）+2NH₃（aq）?Ag（NH₃）₂⁺ （aq），該反應平衡常數(shù)的表達式為
K_穩(wěn)=$\frac{c[Ag（N{H}_{3}{）_{2}}^{+}]}{c（A{g}^{+}）{c}^{2}（N{H}_{3}）}$；
②計算得到可逆反應AgCl （s）+2NH₃（aq）?Ag（NH₃）₂⁺ （aq）+Cl^-（aq）的化學平衡常數(shù)K=2.5×10^-3，1L 1mol/L氨水中最多可以溶解AgCl0.045mol（保留2位有效數(shù)字）；
（4）工業(yè)上以氨、丙烯和空氣為原料，一定條件下合成丙烯腈（CH₂═CH-CN），該反應的化學方程式為2CH₂=CH-CH₃+2NH₃+3O₂→CH₂=CH-CN+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）已知：反應Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.5kJ/mol
反應Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂ （s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ/mol
反應Ⅲ：H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol
由蓋斯定律Ⅰ+Ⅱ-Ⅲ可得2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂ （s）+H₂O（l），據(jù)此計算；再由△G=△H-T△S＜0反應自發(fā)進行判斷；
（2）①已知4分鐘時氮氣為2.5mol，根據(jù)v（N₂）=$\frac{△c}{△t}$計算；
②A、相同時間內(nèi)生成的氮氣的物質(zhì)的量越多，則反應速率越快，活化能越低；
B、催化劑改變反應速率不改變化學平衡；
C、單位時間內(nèi)H-O鍵斷裂表示逆速率，N-H鍵斷裂表示正速率，正逆速率相同則反應已經(jīng)達到平衡；
D、該反應為放熱反應，恒容絕熱的密閉容器中，反應時溫度會升高，則K會減��；
（3）①根據(jù)化學平衡常數(shù)為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積之比列式；
②列出可逆反應AgCl （s）+2NH₃（aq）=Ag（NH₃）₂⁺（aq）+Cl^-（aq）的化學平衡常數(shù)K，處理變形K=Ksp（AgCl）×K穩(wěn)計算，；1L 1mol/L氨水中最多可以溶解AgCl可以依據(jù)化學平衡常數(shù)計算；
（4）氨、丙烯和空氣為原料，一定條件下合成丙烯腈（CH₂═CH-CN）的方程式為：2CH₂=CH-CH₃+2NH₃+3O₂→CH₂=CH-CN+6H₂O．

解答 解：（1）已知：反應Ⅰ：2NH₃（g）+CO₂（g）═NH₂CO₂NH₄（s）△H=-159.5kJ/mol
反應Ⅱ：NH₂CO₂NH₄（s）═CO（NH₂）₂ （s）+H₂O（g）△H=+116.5kJ/mol
反應Ⅲ：H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol
由蓋斯定律Ⅰ+Ⅱ-Ⅲ可得2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂ （s）+H₂O（l）H=-87 kJ/mol；該反應氣體分子數(shù)減少，所以△S＜0，則當溫度較低時，△G=△H-T△S＜0；
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂ （s）+H₂O（l）H=-87 kJ/mol；低溫；
（2）①已知4分鐘時氮氣為2.5mol，則生成的N₂為2.5mol，所以v（N₂）=$\frac{2.5mol÷2L}{4min}$=0.3125mol•L^-1•min^-1；
故答案為：0.3125mol•L^-1•min^-1；
 ②A、相同時間內(nèi)生成的氮氣的物質(zhì)的量越多，則反應速率越快，活化能越低，所以該反應的活化能大小順序是：E_a（A）＜E_a（B）＜E_a（C），故A錯誤；
B、使用催化劑A達平衡時，改變反應速率不改變化學平衡，N₂最終產(chǎn)率不變，故B錯誤；
C、單位時間內(nèi)H-O鍵斷裂表示逆速率，N-H鍵斷裂表示正速率，單位時間內(nèi)H-O鍵與N-H鍵斷裂的數(shù)目相等時，則消耗的NH₃和消耗的水的物質(zhì)的量之比為4：6，則正逆速率之比等于4：6，說明反應已經(jīng)達到平衡，故C正確；
D、該反應為放熱反應，恒容絕熱的密閉容器中，反應時溫度會升高，則K會減小，當K值不變時，說明反應已經(jīng)達到平衡，故D正確；
故答案為：CD；
（3）①Ag⁺（aq）+2NH₃（aq）?Ag（NH₃）₂⁺ （aq），該反應平衡常數(shù)的表達式為$\frac{c[Ag（N{H}_{3}{）_{2}}^{+}]}{c（A{g}^{+}）{c}^{2}（N{H}_{3}）}$；
故答案為：$\frac{c[Ag（N{H}_{3}{）_{2}}^{+}]}{c（A{g}^{+}）{c}^{2}（N{H}_{3}）}$；
②可逆反應AgCl （s）+2NH₃（aq）=Ag（NH₃）₂⁺（aq）+Cl^-（aq）的化學平衡常數(shù)K=$\frac{c（Ag（N{H}_{3}{）_{2}}^{+}）c（C{l}^{-}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=$\frac{c（Ag（N{H}_{3}{）_{2}}^{+}）c（C{l}^{-}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$$•\frac{c（A{g}^{+}）}{c（A{g}^{+}）}$=Ksp（AgCl）×K穩(wěn)=2.50×10^-10×1.00×10⁷=2.5×10^-3；
設溶解的AgCl物質(zhì)的量為x，反應前后系數(shù)相同，可以用物質(zhì)的量代替平衡濃度計算平衡常數(shù)，
AgCl （s）+2NH₃（aq）=Ag（NH₃）₂⁺（aq）+Cl^-（aq），
依據(jù)平衡常數(shù)K=$\frac{{x}^{2}}{（1-2x）^{2}}$=2.5×10^-3，解得x=0.045；
故答案為：2.5×10^-3；0.045；
（4）由氨、丙烯和空氣為原料，一定條件下合成丙烯腈方程式為：2CH₂=CH-CH₃+2NH₃+3O₂→CH₂=CH-CN+6H₂O；
故答案為：2CH₂=CH-CH₃+2NH₃+3O₂→CH₂=CH-CN+6H₂O．

點評 本題考查了熱化學方程式書寫方法和蓋斯定律計算應用、化學平衡影響因素分析判斷、平衡常數(shù)和溶度積常數(shù)計算的應用、反應速率計算、平衡狀態(tài)的判斷等，題目難度中等，側重于考查學生對基礎知識的綜合應用能力．