Question

研究化肥的合成、廢水的處理等有現實的重要意義。

Ⅰ．尿素是一種非常重要的高氮化肥，工業(yè)上合成尿素的反應如下：

2NH₃(l)＋CO₂(g)H₂O(l)＋H₂NCONH₂ (l)  △H＝－103.7 kJ·mol^－1

試回答下列問題：

（1）下列措施中有利于提高尿素的產率的是___________。

A．采用高溫    B．采用高壓    C．尋找更高效的催化劑

（2）合成尿素的反應在進行時分為如下兩步：

第一步：2NH₃(l)＋CO₂(g) H₂NCOONH₄(氨基甲酸銨) (l)   △H₁

第二步：H₂NCOONH₄(l)H₂O(l)＋H₂NCONH₂(l)           △H₂

某實驗小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件，在一體積為0.5 L密閉容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳，實驗測得反應中各組分隨時間的變化如下圖Ⅰ所示：

 

                                                                           

① 已知總反應的快慢由慢的一步決定，則合成尿素總反應的快慢由第    步反應決定。

② 反應進行到10 min時測得CO₂的物質的量如圖所示，則用CO₂表示的第一步反應的速率v(CO₂)＝    。

③ 第二步反應的平衡常數K隨溫度的變化如上右圖Ⅱ所示，則△H₂    0

（填“＞”“＜”或“＝”）

Ⅱ．以硫鐵礦為原料生產硫酸所得的酸性廢水中砷元素含量極高，為控制砷的排放，采用化學沉降法處理含砷廢水，相關數據如下表。

難溶物	Ksp
Ca3(AsO4)2	6.8×10－19
AlAsO4	1.6×10－16
FeAsO4	5.7×10－21

污染物	H2SO4	As
濃度	28.42 g/L	1.6 g·L－1
排放標準	pH 6～9	0.5 mg·L－1

表1．幾種砷酸鹽的K_sp       表2．工廠污染物排放濃度及允許排放標準

    回答以下問題：

（3）若混合溶液中Al^3＋、Fe^3＋的濃度均為1.0×10^－4mol·L^－1，

c(AsO₄^3－)最大是         mol·L^－1。

（4）工廠排放出的酸性廢水中的三價砷（H₃AsO₃弱酸）不易沉降，可投入MnO₂先將其氧化成五價砷（H₃AsO₄弱酸），寫出該反應的離子方程式                      。

（5）在處理含砷廢水時采用分段式，先向廢水中投入生石灰調節(jié)pH到2，再投入生石灰將pH調節(jié)到8左右使五價砷以Ca₃(AsO₄)₂形式沉降。

① 將pH調節(jié)到2時廢水中有大量沉淀產生，沉淀主要成分的化學式為         ；

② Ca₃(AsO₄)₂在pH調節(jié)到8左右才開始沉淀的原因為                。

Answer 1

⑴B    ⑵①2       ②0.148 mol/(L·min)          ③＞  （4）5.7×10^－17  

（5）2H^＋＋MnO₂＋H₃AsO₃＝H₃AsO₄＋Mn^2＋＋H₂O 

（6）①   CaSO₄                                         （各2分）

 ②H₃AsO₄是弱酸，當溶液中pH調節(jié)到8左右時AsO₄^3－濃度增大，Ca₃(AsO₄)₂開始沉淀