氨基甲酸铵分解反应是________(填“放热”或“吸热”)反应,15℃时此反应的化学平衡常数K=________。
②在NH4HCO3溶液中,反应NH
+HCO
+H2O
NH3·H2O+H2CO3的平衡常数K=________(已知常温下NH3·H2O的电离平衡常数Kb=2×10-5,H2CO3的电离平衡常数Ka1=4×10-7)。
9.(2019·长春市实验中学高三上学期期中,16)硝酸铵是一种重要的化工原料,通常用合成氨及合成硝酸的产物进行生产
(1)硝酸铵水溶液pH________7(填“>”、“=”或“<”),其水溶液中各种离子浓度大小关系为________。
(2)已知合成氨的热化学方程式为:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=-92kJ/mol,按照氮气和氢气的物质的量之比1∶3的比例,分别在200℃、400℃、600℃的条件下进行反应,生成物NH3的物质的量分数随压强的变化曲线如图所示
①曲线c对应的温度为________℃。
②下列说法中正确的是________。
A.增大氢气浓度,可促进平衡正向移动并能提高氮气的转化率
B.Q点对应的反应条件下,若加入适当的催化剂,可提高NH3在混合物中的物质的量分数
C.M、N两点的平衡常数大小关系为:
M>N
D.M、N、Q三点反应速率的大小关系为:
N>M>Q
E.为了尽可能多的得到NH3,应当选择P点对应的温度和压强作为生产条件
(3)尿素[CO(NH2)2]是一种非常重要的高效氮肥,工业上以NH3、CO2为原料生产尿素,该反应实际为两步反应:
第一步:
2NH3(g)+CO2(g)===H2NCOONH4(s)ΔH=-272kJ·mol-1
第二步:
H2NCOONH4(s)===CO(NH2)2(s)+H2O(g)ΔH=+138kJ·mol-1
写出工业上以NH3、CO2为原料合成尿素的热化学方程式:
_________。
(4)柴油汽车尾气净化器通常用尿素作为氮氧化物尾气的吸收剂,生成物均为无毒无污染的常见物质,请写出尿素与NO反应的化学方程式_________________,
当有1mol尿素完全反应时,转移电子的数目为________。
10.(2019·淄博实验中学高三考试,28)合理应用和处理氮的化合物,在生产生活中有重要意义。
(1)尿素[CO(NH2)2]是一种高效化肥,也是一种化工原料。
①以尿素为原料在一定条件下发生反应:
CO(NH2)2(s)+H2O(l)
2NH3(g)+CO2(g) ΔH=+133.6kJ/mol。
关于该反应的下列说法正确的是________(填序号)。
a.从反应开始到平衡时容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变
b.在平衡体系中增加水的用量可使该反应的平衡常数增大
c.降低温度使尿素的转化率增大
d.缩小容器的体积,平衡向逆反应方向移动,达新平衡时NH3的浓度大于原平衡
②尿素在一定条件下可将氮的氧化物还原为氮气。
已知:
再结合①中的信息,则反应2CO(NH2)2(s)+6NO(g)
5N2(g)+2CO2(g)+4H2O(l)的ΔH=________kJ/mol。
③密闭容器中以等物质的量的NH3和CO2为原料,在120℃、催化剂作用下反应生成尿素:
CO2(g)+2NH3(g)
CO(NH2)2(s)+H2O(g),混合气体中NH3的物质的量百分含量随时间变化关系如图所示。
则a点的正反应速率v正(CO2)________b点的逆反应速率v逆(CO2)(填“>”、“=”或“<”);氨气的平衡转化率为________。
(2)NO2会污染环境,可用Na2CO3溶液吸收NO2并生成CO2。
已知9.2gNO2和Na2CO3溶液完全反应时转移电子0.1mol,此反应的离子方程式为______________________;恰好反应后,使溶液中的CO2完全逸出,所得溶液呈弱碱性,则溶液中离子浓度大小关系是c(Na+)>________。
(3)用肼燃料电池为电源,通过离子交换膜电解法控制电解液中OH-的浓度来制备纳米Cu2O,装置如图所示:
上述装置中B电极应连电极________(填“C”或“D”)。
该电解池中的离子交换膜为________(填“阴”或“阳”)离子交换膜。
11.(2019·郑州市、开封市高三上学期第一次模拟,28)研究氮氧化物的反应机理,对于消除其对环境的污染有重要意义。
(1)升高温度,绝大多数的化学反应速率增大,但是2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)的反应速率却随着温度的升高而减小。
查阅资料知:
2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)的反应历程分两步:
Ⅰ.2NO(g)
N2O2(g)(快) ΔH1<0v1正=k1正c2(NO) v1逆=k1逆·c(N2O2)
Ⅱ.N2O2(g)+O2(g)
2NO2(g)(慢) ΔH2<0v2正=k2正c(N2O2)·c(O2) v2逆=k2逆·c2(NO2)
请回答下列问题:
①反应2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)的ΔH=________(用含ΔH1和ΔH2的式子表示)。
一定温度下,反应2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)达到平衡状态,请写出用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示的平衡常数表达式K=________,升高温度,K值________(填“增大”“减小”或“不变”)。
②决定2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)反应速率的是反应Ⅱ,反应Ⅰ的活化能E1与反应Ⅱ的活化能E2的大小关系为E1________E2(填“>”“<”或“=”)。
由实验数据得到v2正~c(O2)的关系可用图表示。
当x点升高到某一温度时,反应重新达到平衡,则变为相应的点为________(填字母)。
(2)通过图所示装置,可将汽车尾气中的NO、NO2转化为重要的化工原料HNO3,其中A、B为多孔惰性电极。
该装置的负极是________(填“A”或“B”),B电极的电极反应式为_______________________________。
(3)实验室可用NaOH溶液吸收NO2,反应为2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O。
含0.2molNaOH的水溶液与0.2molNO2恰好完全反应得1L溶液甲,溶液乙为0.1mol/L的CH3COONa溶液,则两溶液中c(NO
)、c(NO
)和c(CH3COO-)由大到小的顺序为________(已知HNO2的电离常数Kα=7.1×10-4mol/L,CH3COOH的电离常数Kα=1.7×10-5mol/L)。
可使溶液甲和溶液乙的pH相等的方法是________。
a.向溶液甲中加适量水b.向溶液甲中加适量NaOH
c.向溶液乙中加适量水d.向溶液乙中加适量NaOH
12.(2019·江苏化学,20)CO2的资源化利用能有效减少CO2排放,充分利用碳资源。
(1)CaO可在较高温度下捕集CO2,在更高温度下将捕集的CO2释放利用。
CaC2O4·H2O热分解可制备CaO,CaC2O4·H2O加热升温过程中固体的质量变化如图1。
①写出400~600℃范围内分解反应的化学方程式:
____________________________。
②与CaCO3热分解制备的CaO相比,CaC2O4·H2O热分解制备的CaO具有更好的CO2捕集性能,其原因是____________________________。
(2)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。
电解CO2制HCOOH的原理示意图如图2。
①写出阴极CO2还原为HCOO-的电极反应式:
__________________________。
②电解一段时间后,阳极区的KHCO3溶液浓度降低,其原因是______________________。
(3)CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法,其过程中主要发生下列反应:
反应Ⅰ:
CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g) ΔH=41.2kJ·mol-1
反应Ⅱ:
2CO2(g)+6H2(g)===CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH=-122.5kJ·mol-1
在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下,CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图3。
其中:
CH3OCH3的选择性=
×100%
①温度高于300℃,CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是_______________________________。
②220℃时,在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后,测得CH3OCH3的选择性为48%(图中A点)。
不改变反应时间和温度,一定能提高CH3OCH3选择性的措施有_______________________________。
7解析
(1)二氧化碳是酸性氧化物,具有碱性的物质均能捕获CO2,反应如下:
Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3,HOCH2CH2NH2+CO2+H2O===HOCH2CH2NH
+HCO
;而CH3CH2OH显中性,NH4Cl溶液显酸性均不与CO2反应,不能做CO2捕获剂;
(2)①标准状况下,11.2LNH3的物质的量为0.5mol,与足量CO2完全反应生成NH2CO2NH4(s)时放出39.8kJ的热量,则2NH3(g)+CO2(g)===NH2CO2NH4(s),ΔH=-39.8kJ·mol-1×4=-159.2kJ·mol-1;②NH2CO2NH4(s)===CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH=+72.5kJ·mol-1。
根据盖斯定律可知:
①+②可得2NH3(g)+CO2(g)===CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH=-159.2kJ·mol-1+72.5kJ·mol-1=-86.7kJ·mol-1。
(3)①针对于同一个反应来讲,温度高反应速率快,d点温度大于c点的温度,所以c点的逆反应速率和d点的正反应速率的大小关系为v逆c<v正d;②在图中CO2的浓度存在一最低点,则在T1~T2区间,反应未达到化学平衡,温度升高,反应速率加快,CO2被捕捉的量增加,剩余CO2的浓度减小;T4~T5区间,反应已达到化学平衡,升高温度剩余CO2的浓度增大,即升高温度,反应平衡向左移动,因此正反应为放热反应,即ΔH<0,所以温度升高,平衡常数减小,因此b、c、d三点的平衡常数Kb、Kc、Kd从大到小的顺序为Kb>Kc>Kd;③T2~T3区间,化学反应未达到平衡,温度越高,化学反应的速率越快,所以CO2被捕获的量随温度升高而提高。
T3~T4区间,化学反应已达到平衡,由于正反应是放热反应,温度升高平衡向逆反应方向移动,所以不利于CO2的捕获;所以在T2~T4温度区间,容器内CO2气体浓度呈现先减小后增大的变化趋势;(4)①根据电离平衡常数可知,酸性大小顺序:
H2CO3>H2S>HCO
>HS-,所以将0.04molCO2通入200mL0.2mol/L的Na2S溶液中,n(CO2)∶n(Na2S)=1∶1反应生成碳酸氢钠和硫氢化钠,发生反应的离子方程式为CO2+S2-+H2O===HCO
+HS-;②据①分析可知,充分反应后所得溶液为碳酸氢钠和硫氢化钠,A.溶液中存在电荷守恒,c(Na+)+c(H+)=c(HS-)+2c(S2-)+c(OH-)+c(HCO
)+2c(CO
),A错误;B.同浓度的同体积的碳酸氢钠和硫氢化钠,二者溶质的物质的量相等,因此根据物料守恒可知:
c(CO
)+c(HCO
)+c(H2CO3)=c(H2S)+c(HS-)+c(S2-),B错误;C.碳酸氢钠溶液的Kh=Kw/Ka1=10-14/4.3×10-7=1/4.3×10-7;硫氢化钠溶液的Kh=Kw/Ka1=10-14/5.0×10-8=1/5×10-6,碳酸氢钠溶液的水解能力小于硫氢化钠溶液的水解能力,所以c(Na+)>c(HCO
)>c(HS-)>c(OH-),C正确。
③
=
=Kw/Ka1=10-14/5.0×10-8=1/5×10-6=2×10-7。
答案
(1)CD
(2)-86.7 (3)①< ②Kb>Kc>Kd ③T2~T3区间,化学反应未达到平衡,温度越高,化学反应的速率越快,所以CO2被捕获的量随温度升高而提高。
T3~T4区间,化学反应已达到平衡,由于正反应是放热反应,温度升高平衡向逆反应方向移动,所以不利于CO2的捕获 (4)①CO2+S2-+H2O===HCO
+HS- ②C ③2×10-7
8解析
(1)光合作用即是将CO2和水通过光合作用储存成能量,反应方程式为:
mCO2+nH2O
Cm(H2O)n+mO2;
(2)乙醛和臭氧在紫外线的作用下及TiO2作催化剂的条件下,反应生成CO2和水,方程式为:
3CH3CHO+5O3
6CO2+6H2O;
(3)①反应Ⅰ.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-802kJ·mol-1
反应Ⅱ.CO(g)+1/2O2(g)===CO2(g)ΔH2=-283kJ·mol-1
反应Ⅲ.CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)ΔH3=-41kJ·mol-1
将Ⅰ+(-4×Ⅱ)+2×Ⅲ,可得到热化学反应方程式为:
CO2(g)+CH4(g)
2CO(g)+2H2(g) ΔH=-802kJ·mol-1+[-4×(-283kJ·mol-1)]+2×(-41kJ·mol-1)=+248kJ·mol-1;②从图像可知,甲的浓度是从0升高到0.4mol/L,即生成物CO的图像,乙是浓度从1.0降低到0.8mol/L,即反应物是CH4,该反应是吸热反应,降低温度平衡向放热反应方向移动,即向逆反应方向移动,生成物浓度减小,化学反应速率减小,E点符合;(4)①从表格信息可知,温度升高,气体总浓度增大,向正反应方向移动,即温度升高平衡向吸热反应方向移动,即正反应方向吸热,根据反应化学计量关系可知,c(NH3)=2c(CO2),15℃时平衡体系的气体总浓度为3×10-2mol/L,即c(NH3)+c(CO2)=3×10-2mol/L,得到c(NH3)=2×10-2mol/L,c(CO2)=10-2mol/L,K=c2(NH3)×c(CO2)=4×10-6;②根据盐类水解规律,由NH3·H2O的电离平衡常数K=2×10-5、H2CO3的电离平衡常数K=4×10-7可知,碳酸氢根的水解程度更大,所以c(NH
)大于c(HCO
);反应NH
+HCO
+H2O===NH3·H2O+H2CO3的平衡常数K=
=
=
=1.25×10-3。
答案
(1)mCO2+nH2O
Cm(H2O)n+mO2
(2)3CH3CHO+5O3
6CO2+6H2O
(3)①+248kJ·mol-1 ②乙 E (4)①吸热 4×10-6 ②1.25×10-3
9解析
(1)硝酸铵溶于水NH
易水解,NH
+H2O
NH3·H2O+H+,因此溶液呈弱酸性,即pH<7,水溶液中各种离子浓度大小关系为c(NO
)>c(NH
)>c(H+)>c(OH-)。
(2)①相同压强下,升高温度平衡逆向移动,氨气含量降低,根据图知,a、b、c的温度分别是200℃、400℃、600℃;②A.增大氢气浓度,即增加反应物浓度,可促进平衡正向移动并能提高氮气的转化率,故A正确;B.催化剂只能相同程度的改变正、逆反应速率,不能使化学平衡移动,故B错误;C.M、N两点压强相同,M和N的温度不同,M点氨气物质的量分数大于N,说明M点温度低于N点,说明平衡常数M>N,故C正确;D.两点压强相同,M点的温度低于N的温度,所以反应速率N>M,M和Q的温度相同,压强M大于Q,所以反应速率M>Q,故D正确;E点对应的压强为100MPa,高压对设备的要求太高,导致成本高,故B、E错误;(3)已知反应①2NH3(g)+CO2(g)===H2NCOONH4(s) ΔH1=-272kJ·mol-1,反应②H2NCOONH4(s)===CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH2=+138kJ·mol-1
根据盖斯定律,由①+②得2NH3(g)+CO2(g)===CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH=ΔH1+ΔH2=-134kJ·mol-1
(4)根据尿素作为氮氧化物尾气的吸收剂,生成物均为无毒无污染的常见物质,可知生成物应为氮气、二氧化碳和水,CO(NH2)2中N化合价由-3价升为0价,NO中N的化合价由+2价降为0价,根据得失电子守恒可知CO(NH2)2与NO反应中的系数之比为1∶3,根据质量守恒可配平方程式:
2CO(NH2)2+6NO===2CO2+5N2+4H2O,1mol尿素完全反应时,转移电子6mol,即数目为6NA。
答案
(1)< c(NO
)>c(NH
)>c(H+)>c(OH-)
(2)①600 ②ACD
(3)2NH3(g)+CO2(g)===CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH=-134kJ·mol-1
(4)2CO(NH2)2+6NO===2CO2+5N2+4H2O 6NA
10解析
(1)①a、混合气体的平均相对分子质量=
,反应中只有生成物二氧化碳和氨气为气体且始终按物质的量之比为1∶2生成,故混合气体的平均相对分子质量始终不变,选项a正确;b、温度不变,化学平衡常数不变,选项b错误;c.反应CO(NH2)2(s)+H2O(l)2NH3(g)+CO2(g) ΔH=+133.6kJ/mol正反应为吸热反应,降低温度平衡逆向移动,尿素的转化率减小,选项c错误;d.缩小容器的体积,平衡向气体体积减小的逆反应方向移动,达新平衡时由于平衡常数不变,NH3的浓度等于原平衡,选项d错误;答案选a;②尿素在一定条件下可将氮的氧化物还原为氮气,反应方程式为:
2CO(NH2)2(s)+6NO(g)===5N2(g)+2CO2(g)+4H2O(l),
已知:
①CO(NH2)2(s)+H2O(l)
2NH3(g)+CO2(g) ΔH=+133.6kJ/mol,
由图可得热化学方程式:
②4NH3(g)+6NO(g)===5N2(g)+6H2O(l) ΔH=-2071.9kJ/mol,
根据盖斯定律,①×2+②可得:
2CO(NH2)2(s)+6NO(g)===5N2(g)+2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-1804.7kJ/mol;
③氨气的体积分数从50%变化为20%后体积分数保持不变,说明b点反应达到平衡状态,a点氨气体积百分含量大于b的氨气体积百分含量,说明反应正向进行达到平