Question

19．工業(yè)生產硝酸銨的流程如圖1所示：
（1）Ⅱ中，NH₃和0₂在催化劑作用下反應，其化學方程式為4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O．
（2）工業(yè)上以NH₃、CO₂為原料生產尿素，該反應實際分兩步進行：
第一步：2NH₃（g）+CO₂（g）═H₂NCOONH₄（g）△H=-272kJ•mol^-1
第二步：H₂NCOONH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+138kJ•mol^-1
寫出工業(yè)上以NH₃、C0₂為原料合成尿素的熱化學方程式2NH₃（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（NH₂）₂ （s）△H=-134kJ/mol．
（3）工業(yè)上電解NO制備NH₄N0₃，其工作原理如圖2所示，電解時陽極的電極反應式為NO₂-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，為使電解產物全部轉化為NH₄N0₃，需補充物質A，A是NH₃．
（4）已知N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，
當反應器中按n（N₂）：n（H₂）=l：3投料，分別在200C、400℃、600C下達到平衡時，混合物中NH₃的物質的量分數隨壓強的變化曲線如圖3．
①曲線a對應的溫度是200℃．
②上圖中P、M、Q三點對應的平衡常數K的大關系為K（P）＞K（M）=K（Q）
③若N點時c（NH₃）=0.2mol．L^-l，
則K_（N）=0.93（保留兩位有效數字）．

Answer 1

分析 （1）NH₃和0₂在催化劑作用下反應生成NO和水；
（2）已知：①2NH₃（g）+CO₂（g）═H₂NCOONH₄（s）△H=-272kJ•mol^-1；
②H₂NCOONH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+138kJ•mol^-1；
根據蓋斯定律，①+②可得：2NH₃（g）+CO₂（g） H₂O（g）+CO（NH₂）₂ （s）；
（3）工業(yè)上電解NO₂制備 NH₄NO₃，由裝置圖可知陽極發(fā)生氧化反應，NO₂被氧化生成NO₃^-，陰極發(fā)生還原反應，NO₂被還原生成NH₄⁺，陽極反應為NO₂-e^-+H₂O=NO₃^-+2H⁺，陰極反應為：NO₂+7e^-+8H⁺=NH₄⁺+2H₂O，結合電極方程式解答該題；
（4）①依據反應是放熱反應，溫度升高，平衡逆向進行，氨氣的含量減�。�
②K只受溫度影響，該反應溫度升高時K值減小；
③N點時氨的物質的量的分數為20%，利用三段式，設N₂轉化率是b，N₂的起始濃度為a，
根據反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始    a       3a         0
轉化    ab       3ab       2ab
平衡   a-ab      3a-3ab      2ab
根據題意有$\left\{\begin{array}{l}{\frac{2ab}{a-ab+3a-3ab+2ab}=20%}\\{2ab=0.2mol•L{\;}^{-1}}\end{array}\right.$，所以a=0.3mol•L^-1，b=$\frac{1}{3}$，以此計算．

解答 解：（1）在催化劑、加熱條件下，氨氣被氧化生成NO和水，反應方程式為4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，故答案為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O；
（2）已知：①2NH₃（g）+CO₂（g）═H₂NCOONH₄（s）△H=-272kJ•mol^-1；
②H₂NCOONH₄（s）═CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H=+138kJ•mol^-1；
根據蓋斯定律，①+②可得：2NH₃（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（NH₂）₂ （s）△H=-134kJ/mol，
故答案為：2NH₃（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（NH₂）₂ （s）△H=-134kJ/mol；
（3）電解NO₂制備NH₄NO₃，陽極反應為：NO₂-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，陰極反應為：NO₂+7e^-+8H⁺=NH₄⁺+2H₂O，從兩極反應可看出，要使得失電子守恒，陽極產生的NO₃^-的物質的量大于陰極產生的NH₄⁺的物質的量，總反應方程式為：8NO₂+5H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$NH₄NO₃+6HNO₃，因此若要使電解產物全部轉化為NH₄NO₃，需補充NH₃，
故答案為：NO₂-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺；NH₃；
（4）①合成氨的反應為放熱反應，反應溫度越高，越不利于反應的進行，曲線a的氨氣的物質的量分數最高，其反應溫度對應相對最低，所以a曲線對應溫度為200°C；
故答案為：200℃；
②平衡常數與溫度有關，與其他條件無關，同一溫度下的平衡常數相同，反應是放熱反應，溫度越高平衡常數越小，上圖中P、M、Q點平衡常數K的大小關系是K（P）＞K（M）=K（Q），
故答案為：K（P）＞K（M）=K（Q）；
③N點時氨的物質的量的分數為20%，利用三段式，設N₂轉化率是b，N₂的起始濃度為a，
根據反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始    a       3a         0
轉化    ab       3ab       2ab
平衡   a-ab      3a-3ab      2ab
根據題意有$\left\{\begin{array}{l}{\frac{2ab}{a-ab+3a-3ab+2ab}=20%}\\{2ab=0.2mol•L{\;}^{-1}}\end{array}\right.$，所以a=0.3mol•L^-1，b=$\frac{1}{3}$，所以平衡常數K=$\frac{（2ab）^{2}}{（a-ab）•（{3a-3ab）}^{3}}$=0.93，
故答案為：0.93．

點評 本題考查了熱化學方程式的書寫、化學平衡的計算，題目難度中等，注意掌握蓋斯定律的內容及應用方法，能夠利用三段式進行化學平衡的計算，明確反應速率的概念及計算方法，試題培養(yǎng)了學生的分析、理解能力及化學計算能力．