Question

【题目】氨是重要的基础化工原料，可以制备尿素[CO(NH2)2]、N2H4等多种含氮的化工产品。

(1)以NH3与CO2为原料可以合成尿素[CO(NH2)2]，涉及的化学反应如下：

反应I：2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s) △H1= -159.5kJ·mol-1

反应II：NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H2=+116.5kJmol-1

反应III：H2O(l)=H2O(g) △H3=+44.0kJmol-1

则反应：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=______kJmol-1

(2)将氨气与二氧化碳在有催化剂的反应器中反应2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2 (s)+H2O(g)，体系中尿素的产率和催化剂的活性与温度的关系如图1所示：

①a点_______（填是或不是）处于平衡状态，Tl之后尿素产率下降的原因是________。

②实际生产中，原料气带有水蒸气，图2表示CO2的转化率与氨碳比、水碳比的变化关系。曲线I、II、III对应的水碳比最大的是_______，测得b点氨的转化率为30%，则x=___________。

③已知该反应的v(正)=k(正)c2(NH3)c(CO2)，v(逆)=k(逆)c(H2O)，k(正)和k(逆)为速率常数，则平衡常数K与k(正)、k(逆)的关系式是___________。

(3)N2H4可作火箭推进剂。已知25℃时N2H4水溶液呈弱碱性：N2H4+H2ON2H5++OH- K1=1×10-a；N2H5++H2ON2H62++OH- K2=1×10一b。

①25 ℃时，向N2H4水溶液中加入H2SO4，欲使c(N2H5+)>c(N2H4)，同时c(N2H5+)>c(N2H62+)，应控制溶液pH范围__________（用含a、b式子表示）。

②水合肼（N2H4H2O）的性质类似一水合氨，与硫酸反应可以生成酸式盐，该盐的化学式为_____。

Answer 1

【答案】-87.0 不是 升高温度反应逆向移动，催化剂活性降低 I 4 K= 14-b<pH<14-a N2H5HSO4

【解析】

(1)反应I：2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s) △H1= -159.5kJ·mol-1 ①

反应II：NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H2=+116.5kJmol-1 ②

反应III：H2O(l)=H2O(g) △H3=+44.0kJmol-1 ③

利用盖斯定律，将①+②-③，即得反应：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)的△H。

(2)①在T1之后，升高温度，尿素的产率降低，说明平衡逆向移动，正反应为放热反应。也就是温度越高，达平衡时氨的转化率越低，若a点达平衡，则氨的产率比T1点大。

②对于反应体系，在氨碳比相同的情况下，增大水蒸气的量，平衡逆向移动，CO2的转化率降低。对于b点，氨的转化率为30%，CO2的转化率为60%，由变化量之比等于化学计量数之比，可求出x。

③已知该反应的v(正)=k(正)c2(NH3)c(CO2)，v(逆)=k(逆)c(H2O)，k(正)和k(逆)为速率常数，则平衡时，v(正)= v(逆)，由此可求出平衡常数K与k(正)、k(逆)的关系式。

(3) K1==1×10-a，由c(N2H5+)>c(N2H4)，可求出c(OH-)<1×10-a；K2==1×10一b，由c(N2H5+)>c(N2H62+)，可求出c(OH-)>1×10一b，由此可求出应控制溶液pH范围。

②水合肼（N2H4H2O）的性质类似一水合氨，与硫酸反应可以生成硫酸氢盐，由此可得出该盐的化学式。

(1)反应I：2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s) △H1= -159.5kJ·mol-1 ①

反应II：NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H2=+116.5kJmol-1 ②

反应III：H2O(l)=H2O(g) △H3=+44.0kJmol-1 ③

利用盖斯定律，将①+②-③，即得反应：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)的△H= -87.0 kJmol-1。答案为：-87.0；

(2)①在T1之后，升高温度，尿素的产率降低，说明平衡逆向移动，正反应为放热反应。也就是温度越高，达平衡时氨的转化率越低，若a点达平衡，则氨的产率比T1点大。所以a点不是处于平衡状态，Tl之后尿素产率下降的原因是升高温度反应逆向移动,催化剂活性降低。答案为：不是；升高温度反应逆向移动,催化剂活性降低；

②对于反应体系，在氨碳比相同的情况下，增大水蒸气的量，平衡逆向移动，CO2的转化率降低，从而得出曲线I、II、III对应的水碳比最大的是I。对于b点，氨的转化率为30%，CO2的转化率为60%，由变化量之比等于化学计量数之比可得，，可求出x==4。答案为：I；4；

③已知该反应的v(正)=k(正)c2(NH3)c(CO2)，v(逆)=k(逆)c(H2O)，k(正)和k(逆)为速率常数，则平衡时，v(正)= v(逆)，k(正)c2(NH3)c(CO2)=k(逆)c(H2O)，=K。答案为：K=；

(3) K1==1×10-a，由c(N2H5+)>c(N2H4)，可求出c(OH-)<1×10-a，则pH<14-a；K2==1×10一b，由c(N2H5+)>c(N2H62+)，可求出c(OH-)>1×10一b，pH>14-b，由此可求出应控制溶液pH范围为14-b<pH<14-a。答案为：14-b<pH<14-a；

②水合肼（N2H4H2O）的性质类似一水合氨，与硫酸反应可以生成硫酸氢盐，由此可得出该盐的化学式为N2H5HSO4。答案为：N2H5HSO4。