Question

1．合成氨是最重要的化工生产．工业上用氨气合成尿素（HNCONH）的反应在进行时分为如下两步：
第一步：2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂NCOONH₄（氨基甲酸铵）（l）△H₁
第二步：H₂NCOONH₄（l）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H₂．
（1）某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0.5L密闭容器中投入4mol氨和1mol二氧化碳，实验测得反应中各组分随时间的变化如图I所示：

①已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第二决定．
②已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=akJ•mol^-1
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H₂=bkJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=ckJ•mol^-1
则4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）═4N₂（g）+6H₂O（g）△H=（3c-2a-2b）kJ•mol^-1
（2）合成氨反应N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g），使用催化剂反应的△H不改变（填“增大”“减小”或“不改变”
（3）合成氨盐也是氨的重要用途，测定其中的含氮量可以采用“甲醛法”．即4NH${\;}_{4}^{+}$+6HCHO═（CH₂）₅N₄+4H⁺+6H₂O现有一种纯净的铵盐，可能是硝酸铵、硫酸铵或碳酸铵中的一种．称取2克该铵盐溶于水，加入足量的甲醛溶液后，再加入水配成100mL，浴液，取出10mL，滴人酚酞后再逐滴滴入0.1mol/LNaOH溶液，当滴到25mL时溶液呈粉红色，且在半分钟内不褪色，则该铵盐中氮的质量分数是35%．
（4 ）拆开 1mol H-H键、1mol N-H键、1mol N≡N键分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，写出N₂+3H₂?2NH₃反应的热化学方程式N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）①从氨、CO₂曲线下降及氨基甲酸铵曲线升高看出第一步是快反应；从尿素曲线升高缓慢看出第二步是慢反应，总反应的快慢由慢的一步决定；
②依据热化学方程式和盖斯定律计算出该反应的焓变；
（2）催化剂改变反应速率不改变化学平衡；
（3）根据H⁺+OH^-=H₂O知氢离子和氢氧根离子之间的关系式计算氢离子的物质的量浓度，再根据离子方程式定量关系计算铵根离子物质的量，据此计算此铵盐的摩尔质量判断属于的铵盐，结合判断出的化学式计算其质量分数；
（4）化学反应中，化学键断裂吸收能量，形成新化学键放出能量，根据方程式计算分别吸收和放出的能量，以此计算反应热并判断吸热还是放热；

解答 解：（1）①由图象可知在15分钟左右，氨气和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵后不再变化发生的是第一步反应，氨基甲酸铵先增大再减小最后达到平衡，发生的是第二部反应，从曲线斜率不难看出第二部反应速率慢，所以已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第二步决定，
故答案为：二；
②已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=a kJ•mol^-1
②N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H₂=b kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=c kJ•mol^-1
依据盖斯定律③×3-2×②-2×①得到，4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）═4N₂（g）+6H₂O（g）△H=（3c-2a-2b）kJ/mol，
故答案为：（3c-2a-2b）．
（2）合成氨反应N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g），使用催化剂只改变反应速率，不改变化学平衡，反应的△H不变，
故答案为：不改变；
（3）根据H⁺+OH^-=H₂O知c（H⁺）=$\frac{0.1mol/L×0.025L}{0.01L}$=0.25mol/L，100mL溶液中氢离子的物质的量=0.25mol/L×0.1L=0.025mol，根据4NH₄⁺+6HCHO→（CH₂）₆N₄+4H⁺+6H₂O，
得铵根离子的物质的量=0.025mol，若为硝酸铵物质的量也为0.025mol，M=$\frac{2g}{0.025mol}$=80g/mol，摩尔质量符合，若为硫酸铵或碳酸铵，物质的量为0.0125mol，摩尔质量M=$\frac{2g}{0.0125mol}$=160g/mol，所以判断此铵盐为硝酸铵，
硝酸铵盐中氮的质量分数$\frac{2×14}{80}$×100%=35%，
故答案为：35%； 
（4）在反应N₂+3H₂?2NH₃中，断裂3molH-H键，1mol N三N键共吸收的能量为：3×436kJ+946kJ=2254kJ，生成2mol NH₃，共形成6mol N-H键，放出的能量为：6×391kJ=2346kJ，吸收的能量少，放出的能量多，该反应为放热反应，放出的热量为：2346kJ-2254kJ=92kJ，即N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ•mol^-1，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ•mol^-1．

点评 本题考查了化学平衡的影响因素分析、化学反应速率的影响因素判断、化学反应速率的计算，物质的量的有关计算等知识，题目难度中等，注意掌握化学平衡的影响因素、化学反应速率的计算方法，能够利用盖斯定律求算反应中的焓变．