Question

14．“无论从经济的发展还是人类的进步而言，合成氨的发明都是本世纪科学领域中最辉煌的成就之一．”图1是与NH₃相关的工业过程示意图．

已知CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-571.6kJ•mol^-1
（1）请写出CH₄（g）与O₂（g）反应生成CO（g）和H₂（g）的热化学反应方程式2CH₄（g）+O₂（g）═2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.8kJ/mol．
（2）在生产过程中，会涉及H₂和CO₂的分离．你认为可取的方法是c（填序号）．
a．在加压条件下用水吸收CO₂ b．用NaOH溶液吸收CO₂ c．加压，使CO₂液化
（3）合成尿素的反应是分作两步进行的：
①CO₂（g）+2NH₃（g）═H₂NCOONH₄（aq） （氨基甲酸铵）△H=-159.47kJ•mol^-1
②H₂NCOONH₄（aq）═CO（NH₂）₂（aq）+H₂O（l）△H=﹢28.49kJ•mol^-1
在生产条件下，单位时间内获得尿素的产量与压强和n（NH₃）：n（CO₂）的关系如图2所示．生产过程中n（NH₃）：n（CO₂）的最佳配比为2：1，而实际生产条件下，往往使n（NH₃）：n（CO₂）≥3，这是因为有利于提高CO₂的转化率，因为NH₃极易溶于水、便于分离、回收利用．在得到的尿素溶液中会含有少量的氨基甲酸铵，除去这种杂质最简便的方法是加热．
（4）将氨分为两部分，一部分经逐级氧化吸收转化为硝酸，另一部分又与HNO₃反应生成NH₄NO₃．若HNO₃与NH₃的反应是完全的，有标准状况下50LNH₃经上述反应过程生成84g NH₄NO₃．则NH₃逐级转化为HNO₃的转化率为89%．

Answer 1

分析 （1）①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-571.6kJ/mol，
根据盖斯定律，CH₄（g）与O₂（g）反应生成CO（g）和H₂（g）的热化学反应方程式为：①×2-②-③×2，据此计算；
（2）能分离二氧化碳和氢气，不能将其中气体消耗掉，且不引入新的杂质，据此分析；
（3）根据图象分析生产过程中n（NH₃）：n（CO₂）的最佳配比；结合二氧化碳的溶解性分析实际生产往往使n（NH₃）：n（CO₂）≥3；根据氨基甲酸铵的平衡移动分析；
（4）根据有标准状况下50LNH₃即$\frac{50}{22.4}$=2.23mol，经上述反应过程生成84g NH₄NO₃即$\frac{84}{80}$=1.05mol，所以生成硝酸铵的氨气和硝酸各1.05mol，而硝酸又是由剩余的氨气生成的，所以2.23mol-1.05mol=1.18mol氨气生成1.05mol的硝酸，据此计算分析．

解答 解：（1）①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-571.6kJ/mol，
根据盖斯定律，CH₄（g）与O₂（g）反应生成CO（g）和H₂（g）的热化学反应方程式为：①×2-②-③×2
即2CH₄（g）+O₂（g）═2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.8kJ/mol，
故答案为：2CH₄（g）+O₂（g）═2CO（g）+4H₂（g）△H=-70.8kJ/mol；
（2）a．因为二氧化碳在水中的溶解性比较小，所以不可用水吸收，故错误；
b．用NaOH溶液吸收CO₂，会引入新的杂质，故错误；
c．加压，使CO₂液化，分离出氢气，故正确；
故答案为：c；
（3）根据图象分析生产过程中n（NH₃）：n（CO₂）的最佳配比为2：1；因为二氧化碳的溶解性比较小，所以实际生产往往要增大氨气的量，有利于提高CO₂的转化率；因为CO₂（g）+2NH₃（g）?H₂NCOONH₄（aq）△H=-159.47kJ/mol，所以除去这种杂质最简便的方法是加入升温，使平衡逆向移动；
故答案为：2：1；有利于提高CO₂的转化率，因为NH₃极易溶于水，便于分离、回收利用；加热；
（4）根据有标准状况下50LNH₃即$\frac{50}{22.4}$=2.23mol，经上述反应过程生成84g NH₄NO₃即$\frac{84}{80}$=1.05mol，所以生成硝酸铵的氨气和硝酸各1.05mol，而硝酸又是由剩余的氨气生成的，所以2.23mol-1.05mol=1.18mol氨气生成1.05mol的硝酸，根据氮守恒则NH₃～HNO₃，所以NH₃转化为HNO₃的转化率$\frac{1.05mol}{1.18mol}$×100%=89%，
故答案为：89%．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、影响化学平衡的因素、物质的量浓度变化随时间变化的曲线，题目难度中等，注意掌握影响化学平衡的因素、化学平衡的计算，试题培养了学生灵活应用所学知识的能力．