Question

【題目】氨是重要的基礎化工原料，可以制備尿素[CO(NH2)2]、N2H4等多種含氮的化工產品。

（1）以NH3與CO2為原料可以合成尿素[CO(NH2)2]，涉及的化學反應如下：

反應I：

反應Ⅱ：

反應Ⅲ：H2O(1)＝H2O(g) △H3=+44.0 kJ·mol－1

則反應：__________kJ/mol

（2）將氨氣與二氧化碳在有催化劑的反應器中反應，體系中尿素的產率和催化劑的活性與溫度的關系如圖1所示：

①a點________(填是或不是)處于平衡狀態，T1之后尿素產率下降的原因是___________________________。

②實際生產中，原料氣帶有水蒸氣，圖2表示CO2的轉化率與氨碳比、水碳比的變化關系。曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ對應的水碳比最大的是___________，測得b點氨的轉化率為30％，則x=___________________。

③已知該反應的，，k(正)和k(逆)為速率常數，則平衡常數K與k(正)，k(逆)的關系式是____________________________________。

（3）N2H4可作火箭推進劑。已知25℃時N2H4水溶液呈弱堿性：

；

①25℃時，向N2H4水溶液中加入H2SO4，欲使，同時，應控制溶液pH范圍_____________(用含a、b式子表示)。

②水合肼(N2H4·H2O)的性質類似一水合氨，與硫酸反應可以生成酸式鹽，該鹽的化學式為_______________。

Answer 1

【答案】－87.0 不是 升高溫度反應逆向移動；催化劑活性降低 Ⅰ 4 14－b＜pH＜14－a N2H6(HSO4)2

【解析】

(1)已知：

反應I：

反應Ⅱ：

反應Ⅲ：H2O(1)＝H2O(g) △H3=+44.0 kJ·mol－1

NH3與CO2合成尿素同時生成液態水的化學方程式為2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)，根據蓋斯定律I+II-III得2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)，則△H=-159.5kJmol-1+(+116.5kJmol-1)-(+44.0kJmol-1)=-87.0 kJmol-1；

(2)①產率最高之前，未達到平衡狀態，反應為放熱反應，達到平衡之后，升高溫度，平衡逆向移動，產率下降，且催化劑活性降低；

②氨碳比相同時曲線Ⅲ二氧化碳的轉化率大，所以曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ對應的水碳比最大的是為Ⅰ；由題意可知：

即，=0.6，則x=4；

③當V正=V逆時反應達到平衡，即，此時平衡常數K==；

(3)①N2H4+H2ON2H5++OH- K1=1×10-a；N2H5++H2ON2H62++OH- K2=1×10-b，可知K1= =1×10-a，K2= =1×10-b，欲使c(N2H5+)＞c(N2H4)，同時c(N2H5+)＞c(N2H62+)，則1×10-b＜c(OH-)＜1×10-a，即應控制溶液pH范圍為14－b＜pH＜14－a；

②既然水合肼的性質類似一水合氨，在水中應該能電離產生N2H62+和OH-，因此它的硫酸酸式鹽的化學式為(N2H6)(HSO4)2。