Question

2．湿法炼锌的冶炼过程可用如图1简略表示：

请回答下列问题：
（1）NH₃的空间构型是三角锥形．氨气易液化，液氨常做制冷剂，氨气易液化的原因是氨分子之间能形成氢键．
（2）已知ZnO属于两性氧化物，写出ZnO与NaOH溶液反应的化学方程式：2NaOH+ZnO=Na₂ZnO₂+H₂O．
（3）上述电解过程中析出锌的电极反应式为[Zn（NH₃）₄]²⁺+2e^-=Zn+4NH₃↑．
（4）产生的SO₂可用Ba（NO₃）₂溶液吸收，部分产物可作为工业原料，其反应的离子方程式为3SO₂+2H₂O+2NO₃^-+3Ba²⁺=3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺．
（5）氨是最重要的化工产品之一．合成氨用的氢气可以甲烷为原料制得：
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．有关化学反应的能量变化如图所示，则CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CO（g）和H₂（g）的热化学方程式为CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+161.1kJ•mol^-1．
（6）CO对合成氨的催化剂有毒害作用，常用乙酸二氨合铜（Ⅰ）溶液来吸收原料气中CO，其反应原理为：（l）+CO（g）+NH₃（g）?CH₃COO•CO（l）△H＜0．吸收CO后的乙酸铜氨液经过适当处理后又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用，再生的适宜条件是B（填写选项编号）．
A．高温、高压  B．高温、低压 C．低温、低压  D．低温、高压
（7）用氨气制取尿素的反应为：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）△H＜0，恒温恒容密闭容器中，下列依据能说明该反应达到平衡状态的是ABDE．
（1）容器中气体密度不变
B、容器中气体压强不变
C、n（NH₃）：n（CO₂）=1：2
D、单位时间内消耗1molCO₂，同时消耗1molH₂O
E、容器内温度保持不变
（8）某温度下，向容积为100L的密闭容器中通入4mol NH₃和2molCO₂，发生2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）反应，该反应进行到40s时达到平衡，此时CO₂的转化率为50%．该温度下此反应平衡常数K的值为2500．图2中的曲线表示该反应在前25s内的反应进程中的NH₃浓度变化．若反应延续至70s，保持其它条件不变情况下，请在图3中用实线画出使用催化剂时该反应从开始至平衡时的曲线．

Answer 1

分析 锌精矿焙烧得到二氧化硫和ZnO，将ZnO加入NH₃-NH₄Cl溶液中，发生反应得到[Zn（NH₃）₄]Cl₂，电解[Zn（NH₃）₄]Cl₂溶液得到Zn，
（1）NH₃分子中氮原子与氢原子形成三对共用电子对，另外还有一对孤电子对，据此判断空间构型，氨分子之间能形成氢键；
（2）ZnO属于两性氧化物，ZnO与NaOH溶液反应生成Na₂ZnO₂；
（3）电解过程中析出锌的电极上[Zn（NH₃）₄]²⁺ 得电子发生还原反应；
（4）SO₂可用Ba（NO₃）₂溶液吸收，发生氧化还原反应生成一氧化氮和硫酸钡，据此写离子方程式；
（5）由图2可知：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-846.3KJ/mol  ①
                   CO₂（g）=CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H=+282KJ/mol  ②
                    H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol ③
结合热化学方程式和盖斯定律可知①+②-③×3得到所需热化学方程式；
（6）依据平衡移动方向分析判断需要的条件；
（7）当可逆反应处于平衡状态时，正逆反应速率相等，各组分的含量不变，根据反应的特征，部分物质性质不变，据此判断；
（8）由化学方程式可知平衡常数K=$\frac{c（{H}_{2}{O}_{\;}）}{c（C{O}_{2}）{c}^{2}（N{H}_{3}）}$，结合化学平衡三段式列式计算平衡浓度，计算平衡常数；依据催化剂只加快反应速率不影响平衡浓度画出图象．

解答 解：（1）NH₃分子中氮原子与氢原子形成三对共用电子对，另外还有一对孤电子对，所以NH₃的空间构型是三角锥形，因为氨分子之间能形成氢键，所以氨气易液化，
故答案为：三角锥形；氨分子之间能形成氢键；
（2）ZnO属于两性氧化物，ZnO与NaOH溶液反应生成偏锌酸钠和水，反应方程式为2NaOH+ZnO=Na₂ZnO₂+H₂O，
故答案为：2NaOH+ZnO=Na₂ZnO₂+H₂O；
（3）电解过程中析出锌的电极上[Zn（NH₃）₄]²⁺ 得电子发生还原反应，电极反应式为[Zn（NH₃）₄]²⁺+2e^-=Zn+4NH₃↑，
故答案为：[Zn（NH₃）₄]²⁺+2e^-=Zn+4NH₃↑；
（4）SO₂可用Ba（NO₃）₂溶液吸收，发生氧化还原反应生成一氧化氮和硫酸钡，反应的离子方程式为3SO₂+2H₂O+2NO₃^-+3Ba²⁺=3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺，
故答案为：3SO₂+2H₂O+2NO₃^-+3Ba²⁺=3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺；
（5）由图2可知：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-846.3KJ/mol  ①
                   CO₂（g）=CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H=+282KJ/mol  ②
                    H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol ③
结合热化学方程式和盖斯定律可知①+②-③×3可得所需热化学方程式，则CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=（-846.3KJ/mol）+（+282KJ/mol  ）-（-241.8KJ/mol ）×3=+161.1 kJ•mol^-1，所以CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CO（g）和H₂（g）的热化学方程式为CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+161.1 kJ•mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+161.1 kJ•mol^-1；
（6）吸收CO后的乙酸铜氨液经过适当处理后又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用，依据化学平衡[Cu（NH₃）₂CH₃COO]（l）+CO（g）+NH₃（g）?[Cu（NH₃）₃]CH₃COO•CO（l）；△H＜0，反应是气体体积减小的放热反应，平衡逆向进行是再生的原理，再生的适宜条件是高温低压，
故答案为：B；
（7）恒温恒容密闭容器中，反应2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）△H＜0，为气体体积减小的放热反应，
A、当容器中气体密度不变时，说明反应达到平衡状态；
B、当容器中气体压强不变时，说明反应达到平衡状态；
C、当n（NH₃）：n（CO₂）=1：2时，无法判断正逆反应速率是否相等，故不能说明反应达到平衡状态；
D、单位时间内消耗1molCO₂，同时消耗1molH₂O，说明正逆反应速率相等，所以反应达到平衡状态；
E、该反应为放热反应，当容器内温度保持不变时，说明反应达到平衡状态，
故选：ABDE；
（8）2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g），反应进行到40s时达到平衡，反应达到平衡时CO₂的转化率为50%，消耗二氧化碳浓度0.02mol/L×50%=0.01mol/mol；
                 2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）
起始量（mol/L）  0.04        0.02         0            0
变化量（mol/L）  0.02         0.01        0           0.01
平衡量（mol/L）   0.02       0.01         0           0.01
K=$\frac{c（{H}_{2}{O}_{\;}）}{c（C{O}_{2}）{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=$\frac{0.01}{（0.02）^{2}×0.01}$=2500，
若反应延续至70s，保持其它条件不变情况下，使用催化剂时，改变反应速率，不改变化学平衡，曲线的转折点在横坐标40之前，纵坐标必需在20的线上，该反应的进程曲线为如图所示，
故答案为：2500；．

点评 本题考查混合物分离提纯的综合应用，为高频考点，涉及热化学方程式书写、化学平衡影响因素、平衡计算、电解等，把握相关反应原理为解答的关键，侧重分析与应用能力的综合考查，题目难度中等．